Текст
                    СПРАВОЧНИК ПРОЕКТИРОВЩИКА
Основания,
фундаменты
и подземные
сооружения
Под общей редакцией д-ра техн, наук, проф.
Е. А. С О Р О Ч А Н А
и канд. техн, наук
Ю. Г. ТРОФИМЕНКОВА
МОСКВА
СТРОЙИЗДАТ
1985

Печатается по решению Главной редакционной коллегии серии справочников проектировщика промышленных зданий и сооружений. Главный р е д а к т о р В. Е. Зубков. Редколлегия: А. С. Бахарев, С. М. Гликин, Б. Я. Го- воровский, Г. Н. Доможиров, В. И, Королев, В. В. Кузнецов, Е. Г. Кутухтин, С. Н. Никитин, Н. И. Орехова, С. Е. Потехин, В. Н. Самохин, В. М. Спиридонов, В. А. Цветков, С. Д. Чуба- ров, Ю. И. Шиллер. Авторы: доктора техн, наук М. И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов, П. А. Коновалов, М. И. Смороди- ной, Е. А. Сорочан; кандидаты техн, наук Б. В. Бахолдин, Р. X. Валеев, А. В. Вронский, О. И. Игнатова, Л. Г. Мариу- польский, Б. С. Смолин, А. С. Снарский, А. Н. Токин, Ю. Г. Тро- фименков, Б. С. Федоров, А. И. Юшин; инженеры В. К. Деми- дов, Л. И. Иванов, В. М. Казанцев, Н. К- Коньков, Ю. В. Лаб- зов, Е. Ф. Лаш, Г. М. Лешин, В. А. /Чихальчук, М. Л. Моргу- лис, Р. Е. Ханин, Б. Н. Фомин, А. В. Шапиро. Основания, фундаменты и подземные сооруже- О—75 ния/М. И. Горбунов-Посадов, В. А. Ильичев, В. И. Крутов и др.; Под общ. ред. Е. А.ЧЗорочана и Ю. Г. Трофименкова.— М.: Стройиздат, W85.— 480 с., ил.— (Справочник проектировщика). Приведены сведения по расчету и проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений различного назначения, а также подземных сооружений. Рассмотрены свойства грунтов, конструкции фундаментов, особенности их проектирования в различных грунтовых условиях. Большое внимание уделено проектированию сложных осно- ваний и фундаментов. Даны рекомендации по выбору оборудования и производству работ. Для инженерно-технических работников проектных и строитель- ных организаций. 3202000000—383 О-----------------40—85 047(01)—85 ББК 38.58 6С4.03 © Стройиздат, 1985
ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. Предисловие . ............ ' Основные условные обозначения .... 9 Глава 1. Свойства грунтов (О, И, Игнатова) 9 1.1. Происхождение и состав грунтов . . 9 1.2. Физические свойства грунтов .... 10 1.2.1. Характеристики плотности грунтов и плотности их сложения.................... 10 1.2.2. Влажность грунтов и характеристи- ки пластичности пылевато-глинистых грун- тов ............................... ... 10 1.3. Классификация грунтов................... 10 1.4. Деформируемость грунтов при сжатии 13 1.4.1. Определение модуля деформации в полевых условиях.................... . 14 1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях ................... 15 1.5. Прочность грунтов :..................... 15 1.5.1. Определение прочностных характе- ристик в лабораторных условиях ... 16 1.5.2. Определение прочностных характе-' ристик в полевых условиях .... 17 1.6. Фильтрационные свойства грунтов . . 18 1.7. Нормативные и расчетные значения ха- рактеристик грунтов ........ 19 Список литературы ........ 22 Глава 2. Инженерно-геологические изыскания (Л. Г. Мариупольский) . а . , s а 23 2.1. Общие сведения.......................... 23 2.2. Требования к техническому заданию и программе изысканий . ............ 23 ,2.3. Этапы, состав и объем изысканий . . 25 2.4. Основные принципы назначения состава и объема исследований грунтов ................. 27 2.5. Представление результатов инженерно- геологических изысканий ..................... 30 Список литературы ........ 30 Глава 3. Общие принципы выбора типа осно- ваний и фундаментов (Р. X. Валеев, Ю. Г. Трофименков, Р. Е. Ханин) , . . 31 3.1. Основные положения...................... 31 3.2. Типы оснований и фундаментов -и область их применения ............................... 31 3.3. Технико-экономические показатели и их назначение................................... 31 3.4. Факторы, влияющие на выбор технико- экономических показателей.................... 32 3.5. Принципы сопоставимости конструктивных решений фундаментов различных типов зда- ний и сооружений............................. 33 3.6. Рекомендации для выбора оснований и фундаментов ........................... . 33 3.7. Методика технико-экономических сравне- ний фундаментов различных типов ... 34 3.8. Экрпресс-методы технико-экономической оценки фундаментов различных типов . . 35 3.9. Удельные показатели стоимости и трудо- емкости основных видов работ при устройст- ве фундаментов ......... 37 Список литературы ........................... 38 Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения (Е, А, Сорочан) , . , > в 39 4.1. Основные положения ...... 39 4.2. Материалы фундаментов ..... 39 4.3. Конструкции фундаментов................. 44 4.3.1. Столбчатые фундаменты под стены 44 4.3.2. Ленточные и прерывистые фундамен- ты под стены.............................. 44 4.3.3. Отдельные фундаменты под колонны 49 4.3.4. Ленточные и плитные фундаменты под колонны............................... 57 Список литературы ........ 57 Стр. Глава о. Расчет оснований фундаментов мел- кого заложения [пп. 5.1—-5.5 (кроме 5.5.2 и 5.5.ЗА), п. 5.7 —А. В. Вронский; пп. 5.5.2 и 5.5.ЗА — Е. А. Сорочан; и. 5.6 — А, С. Снар- ский\ ..................... 5.1. Основные положения ...... 5.2. Распределение напряжений в основаниях 5.2.1. Однородное основание , . . . 5.2.2. Неоднородное основание ... 5.2.3. Напряжения от собственного веса грунта ................................ 5.3. Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах оснований ....................... 5.4. Глубина заложения фундаментов 5.5. Расчет оснований по деформациям 5.5.1. Общие положения................. 5.5.2. Расчетное сопротивление грунтов ос- нования ............................... 5.5.3. Определение основных размеров фун- даментов .............................. 5.5.4. Расчет деформаций основания 5.5.5. Предельные деформации основания 5.6. Расчет оснований по несущей способности 5.6.1. Общие положения................. 5.6.2. Несущая способность оснований, сложенных грунтами, находящимися в стабилизированном состоянии . . . . 5.6.3. Расчет устойчивости фундамента по схеме плоского сдвига . ............ 5.6.4. Графоаналитический метод расчета несущей способности основания (метод круглоцилиндрических повер?:носгей сколь- жения) ................................ 5.6.5. Несущая способность оснований, сло- женных медленно, уплотняющимися водо- насыщенными пылевато-глинистыми и би- огенными грунтами, а также илами 5.7. Мероприятия по уменьшению деформа- ций оснований п влияния их на сооружение Список литературы .................. Глава 6. Проектирование конструкций фун- даментов (п. 6.1—А. В. Шапиро, Е. А. Соро- чан; п. 6.2—6.4 — Е. А. Сорочан; П. 6.5 — 7И. 'И. Горбунов-Посадов) ...... 6.1. Расчет железобетонных фундаментов на естественном основании под колонны зданий и сооружений.............................. 6.1.1. Общие положения................. 6.1.2. Расчет фундаментов на продавли- вание ............................. . 6.1.3. Определение площади сечений арма- туры плитной части .................... 6.1.4. Расчет плитной части на «обратный» момент .................... 6.1.5. Расчет прочности поперечных сече- ний подколенника 6.2. Расчет ленточных фундаментов и стен подвалов ................................. 6.2.1. Общие положения................. 6.2.2. Расчет ленточных фундаментов 6.2.3. Расчет стен подвалов . 6.3. Расчет буробетонных фундаментов 6.3.1. Общие положения . 6.3.2. Метод расчета................ 6.4. Расчет фундаментов с анкерами в не- скальных грунтах . , ............... 6.4.1. Общие положения . 6.4.2. Метод расчета................... 6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны .............................. 6.5.1. Общие положения................. 6.5.2. Предварительное назначение разме- ров сечений . 58 58 60 60 65 67 67 68 73 73 75 79 83 92 95 95 96 104 105 107 108 109 110 110 110 110 113 ИЗ 114 117 117 118 120 122 122 123 126 126 127 131 131 131
'4 Оглавление Стр. 6.5.3. Расчет фундаментных балок “и плит как конструкций на упругом основании 6.5.4. Связь между расчетными значения- ми модуля деформация и коэффициента постели ... ................ 6.5.5. Определение расчетных значений мо- дуля деформации Еа.................. 6.5.6. Методы расчета конструкций 6.5.7. Расчет конструкций на упругом ос- новании по таблицам . . Список литературы . . ............... Глава 7. Расчет и проектирование подпорных стен (А. С. Снарский) , , „ . « < 7.1. Типы подпорных стен . . . . . 7.2. Определение активного и пассивного давления грунта на стены ...... 7.2.1. Общие положения . 7.2.2. Характеристики грунта, используе- мые при определении давления грунта 7.2.3. Активное давление грунта 7.2.4. Пассивное давление грунта 132 132 1 об 133 134 146 147 147 143 148 148 '148 150 7.3. Расчет массивных и уголковых подпор- ных- стен . ................- 7.3.1. Общие положения ..... 150 7.3.2. Расчет устойчивости оснований стен против сдвига по подошве и глубоко- го сдвйга по ломаным поверхностям сколь- жения ........................... • • 150 7.3.3. Расчет оснований подпорных . стен по деформациям .... ..... 151 7,4. Расчет гибких незаанкерных подпор- ных - стен. . . ......... 15ь> 7.4.1. Общие положения ..... 153 7.4.2. Параметры грунта и стен, необходи- мые для расчета................. 153 . 7.4.3. Давление грунта 154 Список литературы . . ...... 155 Глава 8. Проектирование свайных фундамен- тов (Б. В, Бахолдин, £\ М. Лешин, Р, Е. Ха- нин) 156 8 8. Г Номенклатура и область применения свай различных видов ..................... 156 8.1.1. Государственные стандарты на сваи 156 8.1.2. Составные сваи квадратного сечения 157 8.1.3. Сваи-колонны ....... 158 8.1.4:. Буронабивные сваи . .... 159 8.1.5. Набивные сваи в уплотненном осно- вании ............................... 163 8.1.6. Пирамидальные сваи ..... 164 8.L7. Прочие видь: свай . .... 164 8.2. Расчет свай и свайных фундаментов 165 8.2.1. Методы определения несущей спо- собности свай и область их применения 165 8.2.2. Расчет свай на горизонтальные на- грузки и изгибающие моменты . . . 168 8.2.3. Расчет свай по' прочности и раскры-- тию трещин....................... 177 8.2.4. Расчет осадок свайных фундаментов 178 8.2,5. Расчет кренов свайных фундаментов 182 8.2.6, Расчет железобетонных ростверков 183 8.3, Проектирование свай и свайных фунда- ментов ............................" . 185 8.3.1. Исходные данные для проектиро- вания ............................. . 185 8.3.2. Выбор типа свайных фундаментов и - нагрузок иа них ...................... 186 8.3.3. Выбор несущего слоя грунтов и оп- ределение размеров свай................. 187 8.3.4. Проектирование свайного поля и ростверков ........................... 187 8.3.5. Состав проекта свайных фундамен- тов . . . ........................ 198 8.3.6. Особенности проектирования свайных фундаментов в лессовых просадочных грунтах . . .. 199 8.1. Конструктивные решения свайных фунда- 1 OB s о ©Q asiaaeaQ 199 Стр. 8.4.1. Свайные фундаменты жилых домов 199 8.4.2. Фундаменты из забивных свай для каркасных зданий ’...................... 200 8.4.3. Фундаменты из буронабивных свай для каркасных зданий.................... 200 8.4.4. Свайные фундаменты каркасных зда- ний со сборными ростверками .... 201 8.4.5. Безростверковые свайные фундамен- ты каркасных зданий..................... 201 8.4.6. Фундаменты из свайных полей . . 202 8.4.7. Свайные фундаменты вблизи заглуб- ленных сооружений и фундаментов под оборудование ........................... 204 8.4.8. Бескотлованные свайные фундаменты 205 8.5. Выполнение свайных работ .... 205 8.5.1. Погружение свай заводского изго- товления ............................... 206 8.5.2. Подбор молота для погружения свай .................................. 207 8.5.3. Изготовление буронабивных свай 210 8.5.4. Контроль н приемка свайных фун- даментов .......... 214 Список литературы ........ 215 Глава 9. Расчет и проектирование фундамен- тов машин и оборудования с. динамическими нагрузками (В, А, Ильичев, В. А. Михальчук) 216 9.1. Основные положения расчета .... 216 9.1.1. Расчет по первой группе, предель- ных состояний........................... 217 9.1.2. Расчет по второй группе предельных состояний .......... 218 9.2. Определение упругих и демпфирующих характеристик основания для расчета фунда- ментов .................................... 219 9.2.1. Коэффициенты жесткости и демпфи- рования для фундаментов на естественном основании ........................ ..... 219 9.2.2. Коэффициенты жесткости и демпфи- рования для свайных фундаментов. Опре- деление приведенной массы 220 9.3. Принципы проектирования ..... 221 9.3.1. Исходные данные для проектирова- ния фундаментов машин и оборудования 221 9.3.2. Основные требования по проектиро- ванию фундаментов машин с динамичес- кими нагрузками.......................... 222 9.3.3. Конструктивные решения фундамен- тов машин с динамическими нагрузками 223 9.4. Распространение колебаний от фундамен- тов-источников и мероприятия по их уменьше- нию ........................................ 223 9.5. Примеры расчета колебаний Фундаментов машин с динамическими нагрузками . . . 225 Список литературы . . . . ’ 229 Глава 10. Проектирование оснований соору- жений, возводимых иа структурно-неустойчи- вых грунтах (п. 10.1 —В. В. Крутов; п. 10.2— Е А. Сорочан) ... . ..... 230 10.1. Проектирование оснований на просадоч- ных грунтах............................... 230 10.1.1. Общие положения ..... 230 10.1.2. Расчет просадочных деформаций 231 10.1.3. Расчет оснований ..... 234 10.1.4. Проектирование уплотненных осно- ваний ........................... , . 236 10.1.5. Водозащитные мероприятия . . . 242 10.1.6. Мероприятия по обеспечению нор- мальной эксплуатации деформировавшихся зданий .......................... ..... 244 10.2. Проектирование оснований и фундамен- тов на набухающих грунтах................... 245 10.2.1. Общие положения ..... 245 10.2.2. Исходные данные для проектиро- вания . , ................... 245 10.2.3. Проектирование оснований и фунда- ментов . . ......... 246 Список литерадгРМ в аэва 250
Оглавление Стр. Глава. 11. Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах (и. 11.1.1—11.1.6 — Я. А. Коновалов; и. 11.1.7— В. М. Казанцев; п. 11.2 —В. Я.. Крутов) . 251 11.1. Проектирование оснований на сильно- сжимаемых грунтах........................... 251 11.1.1. Общие положения..................'251 11.1.2. Проектирование предпостроечного уплотнения оснований, сложенных водо- насыщенными сильносжимаемыми грун- тами 251 11.1.3. Методы расчета осадок и сроков консолидации оснований .................. 254 11.1.4. Особенности расчета оснований 256 11.1.5. Методика определения коэффици- ента консолидации . . ..... 256 11.1.6. Конструктивные мероприятия . . 257 11.1.7. Особенности расчета и конструи- рования оснований и фундаментов сталь- ных вертикальных резервуаров . . . 258 11.2. Проектирование оснований на насыпных грунтах ................................... 260 11.2.1. Общие положения ..... 260 11.2.2. Расчет оснований на насыпных грунтах ................................ 261 11.2.3. Проектирование оснований на на- сыпных грунтах . . ...... 263 Список литературы . ....... 266 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях (п. 12.1 —/4. И. Юшин; п. 12.2 — В, А. Ильичев; п. 12.3 — £. А, Со- рочан) . .................... 267 12.1. Особенности проектирования оснований ;и фундаментов на подрабатываемых террито- риях ....................................... 267 12.1.1. Деформации земной поверхности, j вызываемые горными выработками, и их воздействие на конструкции зданий . . 267 12.1.2. Принципы проектирования основа- ний и фундаментов на подрабатываемых территориях ............................. 267 12.1.3. Расчет фундаментов на естествен- ном основании на воздействие горизонталь- ных деформаций ........ 269 12.1.4. Проектирование и расчет свайных фундаментов на подрабатываемых терри- ториях .................................. 273 12.2. Сейсмостойкость оснований и фунда- ментов ............................. . . 277 12.2.1. Общие положения ...... 277 12.2.2. Оценка интенсивности сейсмических колебаний в зависимости от грунтовых ус- ловий . ............................. 277 12.2.3. Влияние упругой податливости осно- вания на периоды свободных колебаний зданий и сооружений...................... 278 12.2.4. Принципы расчета и требования по конструированию сейсмостойких оснований и фундаментов............................ 281 12.2.5. Сейсмостойкость фундаментов на естественных основаниях.................. 282 12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундамен- тов ..................................... 285 12.3. Проектирование фундаментов на закар- стованных территориях , , , . . . 293 Список литературы ........ 297 Глава 13. Проектирование искусственных ос- нований (п. 13.1 — В. И. Крутов, Б. С. Смо- лин; п. 13.2 — Д. Я, Токин; п. 13.3— Б, С. Смо- лин) ....................................... 298 13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов ............ 29;8 13.1.1. Общие положения................. 298 13.1.2. Исходные данные для проектирова- ния ..................................... 300 13.1.3, Уплотнение грунтов укаткой . , 301 13.1.4. Уплотнение трамбующими машина- ми 303 13.1.5. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками 303 Стр. 13.1.6. Вытрамбовывание котлованов .' . 305 13.1.7. Глубинное уплотнение пробивкой скважин.................................. 307 .13.1.8. Уплотнение подводными и глубин- ными взрывами.......................... 309 13.2. Инъекционное закрепление грунтов спо- собами силикатизации и смолпзации ... 310 13.2.1. Общие положения ...... 310 13.2.2. Расчет основных параметров . . 314 13.2.3. Оборудование для производства ра- бот 315 13.2.4. Технологическая схема закрепления 317 13.2.5. Проектирование оснований и фунда- ментов из химически закрепленных инъ- екций грунтов............................. 319 '13.2.6. Проектирование закрепленных сили- катизацией массивов в просадочных лессо- вых грунтах . .................. 320 13.3. Глубинное вибрационное уплотнение рых- лых песчаных грунтов.................. 324 13.3.1. Общие положения................... 324 13.3.2. Исходные данные для проектирова- ния и расчета......................... 325 13.3.3. Методы расчета.............. 325 13.3.4. Оборудование для производства ра- бот 326 13.3,5. Данные для проектирования произ- водства работ ......... 327 Список литературы . . . - - . . . 328 Глава 14. Устойчивость откосов (М. Л. Моргу- лис) . , 329 14.1. Конструктивные решения и мероприятия -329 14.2. Исходные данные для проектирования . 330 14.3. Методы и примеры расчетов .... 332 14.3.1. Общие сведения ...... 332 14.3.2. Построение предельных откосов . 332 14.3.3. Определение угла плоских откосов при горизонтальной поверхности грунта. . . . 333 14.3.4. Определение ширины призмы обру- шения откоса.......................... 335 14.3.5. Основные принципы определения- . „ требуемого контура откоса в' сложных ус- ловиях .................................. 337 14.3.6. Расчет устойчивости отсека грунто- вого массива против сдвига по выбранной поверхности .............................. 339 14.3.7. Определение давления грунта на . удерживающие сооружения на откосе . 347 Список литературы . . ...... 350 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек (В, К- Демидов) ...... 351 15.1. Общие сведения ........ 351 15.2. Конструктивные решения ..... 352 15.3. Исходные данные для разработки про- ектной документации ........ 356 15.4. Методы расчетов . . . . . . . 358 15.5. Проект производства работ .... 366 15.6. Основные машины и механизмы, приме- няемые при сооружении я опускании колодцев 373 15.7. Примеры расчета ....... 373 Список литературы ........ 376 Глава 16. Проектирование подземных соору- жений, устраиваемых способом «стена в грун- те» (И. К. Коньков, М. И. Смородинов, Б. С, Федоров) „ . , f э ’ 377 16.1. Общие положения . . . . . ... 377 16.2. Исходные данные для разработки про- ектной документации ........ 377 16.3. Конструктивные решения................ 378 16.4. Оборудование, применяемое при строи- : тельстве способом «стена в грунте» ., . . 382 16.4.1. Оборудование для приготовления и очистки глинистой суспензии . . . •. 382 16.4.2. Оборудование для разработки тран- шей , ............ 383
Оглавление , Стр. lfi.5. Проект производства работ . » » 385 16.5.1. Общие положения ..... 385 . 16.5.2. Приготовление глинистой суспензии (раствора) ................................. 385 .16.5.3. Разработка траншей ..... 386 16.5.4. Заполнение траншей монолитным 'или сборным железобетоном .... 387 16.5.5. Контроль качества и приемка работ 389 16.6. Расчет конструкций 390 Список литературы . . ...... 392 Глава 17. Анкеры в грунте (Ю1 В Лабзав, М. И. Смародшюв) 393 17.1. Общие положения ....... 393 17.2. Конструктивные решения ..... 393 17.3. Методы расчета ........ 397 17.4. Технология работ ........ 401 Список литературы ........ 405 Глава 18. Укрепление оснований и усиление фундаментов существующих зданий и соору- жений (Е, Ф. Лаш) , , „ в 406 18.1. Общие положения ....... 406 18.2. .Исходные данные ....... 406 1.8.3. Укрепление оснований существующих зданий . . .. . ........ 407 18.3.1. Цементация ........ 407 18.3.2. Дренаж и протнвофильтрационные завесы............................... 408 18.3.3. ’ Повышение несущей способности (устойчивости) оснований ........... 410 18.3.4, Защита оснований от влияния стро- ящихся рядом зданий и сооружений . . 411 18.4. Усиление (укрепление) фундаментов . 411 18.4.1. Защита фундаментов от выветрива- ния . .............................. 411 18.4,2. Повышение прочности н уширение , -фундамента ......... 412 18.4.3. Подведение свай ...... 413 Список литературы ........ 415 Глава 19. Водопонижение (М, Л. Моргулис, Б. И. Фомин) ......... 416 19.1; Общие положения ...... 416 19.2. .Конструктивные решения ..... 416 19.2.1. Водоотлив ...... . 416 Стр. 19.2.2. Дренаж ...... 6 , . 417 19.2.3. Открытые водопонизительные.....сква- жины ................................... 422 19.2.4. Вакуумные скважины .... 424 19.2.5. Водоприемная часть водопонизитель- ных скважин........................ 425 19.2.6. Песчано-гравийная обсыпка трубча- тых дренажей и водопонизительных сква- жин 425 19.2.7. Иглофильтры................... , 429 19.2.8. Наблюдательные скважины . . . 430 19.2.9. Водопонизительные системы . . 430 19.2.10. Отвод воды от водопонизительных систем .................................. 433 19.3. Исходные данные для проектирования . 433 19.4. Методы расчетов ....... 434 19.4.1. Основные положения по расчетам водопонизительных систем ................. 434 19.4.2. Определение притока подземных вод 435 19.4.3. Расчет скважинных водопонизитель- ных систем............................... 444 19.4.4. Расчет иглофильтровых водопонизи- тельных систем............................ 449 19.4.5. Расчет дренажей . . ' . . . . 452 19.5. Оборудование и производство работ . 454 19.5.1. Водоотлив 454 19.5.2. Дренаж......................... 454 19.5.3. Водопонизительные скважины . . 455 19.5.4. Устройство иглофильтровых устано- вок . 457 Список литературы ........ 457 Глава 20. Проектирование котлованов (Л, И, Иванов) ......... 458 20.1. Общие сведения ........ 458 20,2. Расчет креплений котлованов .... 459 20.2.1. Расчет тонких (гибких) свободно стоящих стенок ........ 459 20.2.2. Расчет тонких (гибких) заанкерен- ных стенок................................ 463 20.2.3. Расчет анкерных опор .... 467 20.2.4. Расчет основных конструктивных элементов тонких стенок................... 469 Список литературы ........................... 470 Предметный указатель 471
ПРЕДИСЛОВИЕ Апрельский (1985 г.) Пленум ЦК КПСС и июньское совещание (1985 г.) в ЦК КПСС поставили задачу всемерной интенсификации народного хозяйства на основе широкого внед- рения достижений научно-технического про- гресса. Важную роль в осуществлении этой задачи призвано сыграть капитальное строи- тельство, составной частью которого является фундаменте строение. Использование последних достижений на- уки и техники для совершенствования конст- рукций и технологии возведения фундаментов и подземных сооружений позволит повысить их надежность и снизить стоимость строитель- ства в целом. Со времени выхода в свет справочников проектировщика «Основания и фундаменты» (1964 г.) и «Сложные основания и фундамен- ты» (1969 г.) прошло более 15 лет. За этот пе- риод появилось много новых конструктивных решений в области фундаментостроения, во многом пересмотрены и уточнены методы рас- чета, разработаны новые методы строительст- ва, такие, например, как способ «стена в грун- те», разработаны методы расчета фундаментов для сейсмических районов. С появлением новых методов строительст- ва, а также строительных конструкций и меха- низмов требуется более тщательное технико- экономическое сравнение возможных вариантов решений оснований и фундаментов, -что явля- ется особенно важным в связи с резко возрос- шим объемом капитального строительства. Следует также отметить, что в последние годы под строительство отводятся все чаще площад- ки со сложными для строительства инженерно- геологическими' условиями. В то же время вследствие увеличения пролетов в промышлен- ном строительстве и числа этажей в граждан- ском строительстве резко возрастают нагрузки на фундаменты. Эти обстоятельства повышают ответственность проектировщиков при выборе и расчете фундаментов. В настоящее время имеются ГОСТы и СНиП, Руководства и Инструкции практически по всем конструкциям и видам работ, встре- чающимся в фундаментостроении. Объем этих документов составляет десятки печатных лис- тов. Составители Справочника, в котором объ- единены все основные вопросы фундаменто- строения, стремились дать проектировщикам необходимые данные для выбора технико- экономически обоснованного решения, проекти- рования оснований и фундаментов и осуществ- ления авторского надзора в период строитель- ства. Коллектив авторов Справочника, состоящий из научных работников и проекти- ровщиков, составлявших нормативные доку- менты и использующих их при проектировании, ставил перед собой задачу облегчить, пользо- вание нормативными документами, способство- вать внедрению наиболее прогрессивных кон- струкций и методов работ, нащедщих примене- ние в последние годы. Все замечания и пожелания относительно содержания Справочника, которые будут с благодарностью приняты авторами, просьба направлять по адресам: 109389, • Москва, Ж-389, 2-я Институтская, д. 6, НИИ основа- ний или 125843, ГСП, Москва, 4-80, Волоко- ламское шоссе, д. 1, ГПИ Фундаментпррект. ОСНОВЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ А — площадь; а —расстояние (длина); В — ширина подвала (сооружения); Bw — ширина замачиваемой площади: В.С — нижняя граница сжимаемой толщи; B.SL — нижняя граница просадочной толщи; B.SW — нижняя граница зоны набухания; B.SH —нижняя граница зоны усадки; b — ширина подошвы фундамента; с — удельное сцепление грунта; cv — коэффициент консолидации; Dpd — степень разложения органического ве- щества; DL —- отметка планировки; d — диаметр фундамента; глубина заложе- ния фундамента от уровня планировки; — глубина подвала от уровня планировки; rfy — расчетная глубина сезонного промерза- ния грунта; dfn — нормативная глубина промерзания; dn — глубина заложения фундамента от по» веохности ппиоодного оельеФа: dw — глубина расположения уровня подзем- ных вод; dt — приведенная глубина заложения фунда- мента от пола подвала; Е — модуль деформации грунта; е — коэффициент пористости грунта; экс- центриситет равнодействующей внешней нагрузки по отношению к центру по- дошвы фундамента; F — расчетное значение силы; Fu —• сила предельного сопротивления осно- вания, соответствующая исчерпанию его несущей способности; Fv — вертикальная составляющая силы; Ffo -п горизонтальная составляющая силы; E^a,FST ~ СИЛЬ1> действующие по плоскости сколь- жения, соответственно сдвигающие н удерживающие (активные и реактив- ные); F.L —• отметка подошвы фундамента; f — сила на единицу длины элемента (фун- дамента); етпела ирогнбщ,
Основные условные обозначения G — собственный вес фундамента; модуль сдвига; g — ускорение свободного падения; Н—толщина линейно-дэформируемого слоя; Н —глубина сжимаемой толщи; Я у —толщина слоя просадочных грунтов (просадочная толща); Н — толщина зоны усадки; Н — толщина зоны набухания; h — высота; толщина слоя грунта; Лс^ —толщина зоны просадки — от собственного веса; h — от внешней нагрузки); — подъем основания при набухании грун- та; I — момент инерции сечения; — показатель текучести грунта; / — относительное содержание в грунте ор- ганических веществ; i— крен фундамента; (сооружения); уклон поверхности, кровли пласта свободной поверхности потока и т. д.; радиус инер- ции сечения; k — коэффициент жесткости; коэсрфициент фильтрации; feg — коэффициент постели; L — длина здания (сооружения); Л —длина подошвы фундамента; М — момент; т — масса; т — коэффициент изменения объема; N — продольная сила; сила, нормальная к подошве фундамента; п — то же, на единицу длины; число слоев грунта; пористость грунта; р — среднее давление под подошвой фунда- мента; Psl — начальное просадочное давление; — давление набухания; Q — поперечная сила; q — равномерно распределенная вертикаль- ная нагрузка; R. — расчетное сопротивление грунта осно- вания; — расчетное, значение предела прочности на одноосное сжатие; г —радиус; S — статический момент сечения; Sr — степень влажности грунта; s — осадка основания; ,ч — средняя осадка основания; ss^ — осадка основания при высыхании на- бухшего грунта; s j — суффозионная осадка; s i — просадка; s — предельное значение деформации осно- вания (s uS — по технологическим тре- бованиям; S —по условиям прочно- сти, устойчивости и трещпностойкостн конструкций сооружения); Т —термодинамическая температура; I —температура; время; и — периметр; избыточное давление в поро- вой воде; V — объем; v — скорость (линейная); W — момент сопротивления сечения; работа; w —влажность грунта пртродная; гс' . — влажность на границе пластичности У (раскатывания); w — влажность на границе текучести; weq — конечная (установившаяся) влажность; wsat ~ влажность, соответствующая полному всдонасыщению; ®si — начальная просадочная влажность; wsh — влажность на пределе усадки; X — среднее значение характеристики грун- та; X — нормативное значение характеристики; X — расчетное значение характеристики; z — глубина (расстояние) от подошвы фун- дамента; плечо пары внутренних сил; а — доверительная вероятность (обеспечен- ность) расчетных значений характери- стик; коэффициент линейного расшире- ния: — степень изменчивости сжимаемости ос- нования; Р — плоский угол; V — удельный вес грунта; угол сдвига; — Удельный вес грунта в сухом состоянии; —удельный вес частиц грунта; ^sat — Удельный вес грунта при полном водо- насыщении; — удельный вес грунта с учетом взвеши- ваюшего действия воды; ?с — коэффициент условий работы; У у — коэффициент надежности по нагрузке; V — коэффициент надежности по материалу; — коэффициент надежности по грунту; Уп — коэффициент надежности по назначе- нию сооружения; t~2z[b — относительная глубина положения рас- сматриваемой точки от подошвы фунда- мента; П=//<Ь—соотношение сторон прямоугольного фундамента; т)—угол поворота; К — длина волны; относительное заглубле- ние фундамента (A=d/7); ц — коэффициент трения; V — коэффициент Пуассона; р — плотность грунта; кривизна; — плотность грунта в сухом состоянии; Ps — плотность частиц грунта; р^у — плотность грунта обратной засыпки; о — нормальное напряжение; Т — касательное напряжение; Ф — угол внутреннего трепля грунта.
Глава 1. СВОЙСТВА ГРУНТОВ 1.1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И СОСТАВ ГРУНТОВ Грунты — горные породы, являющиеся объектом инженерно-строительной деятельно- сти человека и используемые как основание, среда или материал для возведения сооруже- ний. По происхождению (генезису) горные по- роды делятся на магматические, осадочные и метаморфические [2]. Магматические (извер- женные) породы, образовавшиеся в результате застывания магмы, имеют кристаллическую структуру и классифицируются как скальные грунты. Осадочные породы, образовавшиеся в результате разрушения (выветривания) горных пород и осаждения продуктов выветривания из воды или воздуха, могут быть скальными и нескальными. Метаморфические породы — это претерпевшие изменения под влиянием высо- ких температур и больших давлений магмати- ческие и осадочные породы; характеризуются они наличием жестких, преимущественно крис- таллизационных связей и классифицируются как скальные грунты. Осадочные грунты по своему происхожде- нию делятся на континентальные и морские от- ложения. При этом к морским относятся отло- жения современных и древних морей. Древние морские отложения — это мелы, песчаники, из- вестняки, доломиты, мергели, горские и девон- ские глины и др. В зависимости от возраста грунты относят к различным геологическим системам. Самыми молодыми осадочными грунтами являются от- ложения четвертичной системы (Q). Более древние грунты относятся к следующим систе- мам: неоген (N), палеоген (р), меловая- (К), юрская (J), триасовая (Т), пермская (Р), ка- менноугольная (С), девонская (D), силурий- ская (S), ордовикская (О), кембрийская (С). В инженерной деятельности чаще исполь- зуются четвертичные осадочные грунты, кото- рые подразделяются на генетические типы, приведенные в табл. 1.1. Грунты, как правило, являются трехфаз- ными системами и состоят из твердых частиц, поры между которыми заполнены водой и га- зом. Строительные свойства грунтов опреде- ляются минералогическим и гранулометриче- ским составом, структурой, текстурой и со- стоянием в природном залегании. При изучении состава грунтов выделяют ТАБЛИЦА 1.1. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ТИПЫ ГРУНТОВ ЧЕТВЕРТИЧНОГО ВОЗРАСТА Типы грунтов Обоз- наче- ние Аллювиальные (речные отложения) Озерные .......................... Озерно-аллювнальные................ Делювиальные (отложения дождевых 1 талых вод на склонах и у подножия воз вышенностей) ...................... Аллювиально-делювиальные . ... Эоловые (осаждения из воздуха): эоловые пески, лёссовые грунты ....... Гляциальные (ледниковые отложения) Флювиогляциальные (отложения ледпико вых потоков) . ......... Озерно-ледниковые . . . .... Элювиальные (продукты выветривагтя горных пород, оставшиеся па месте обра зоЕания) .......................... Элювиально-делювиальное . .... Пролювиальные (отложения бурных дож девых потоков в горных областях) . . Аллювиально-пролювиаль тые . ... Морские . а 1 1а б ad L g f Icr e ed P ap m четыре основные группы образований: первич- ные минералы — кварц, полевые шпаты, слю- ды и др.; глинистые (вторичные) минералы, об- разовавшиеся в процессе выветривания маг- матических и метаморфических пород; соли — сульфаты (гипс, ангидрит и др.), карбонаты (кальцит, доломит и др.), галоиды; органиче- ские вещества. Под структурой грунта понимают размер, форму и количественное соотношение слагаю- щих его частиц, а также характер связи меж- ду ними. Размер частиц и их количественное соотношение в грунте определяют на основе гранулометрического (зернового) анализа. Со- держание каждой фракции выражается в про- центах от массы высушенной пробы грунта. По характеру структурных связей выделяют грун- ты с жесткими (кристаллизационными) связя- ми и грунты с водно-коллоидными связями [2]. Кристаллизационные связи развиты в маг- матических, метаморфических и осадочных сце- ментированных породах, т. е. в скальных грун- тах. Водно-коллоидные ’ связи характерны для глинистых грунтов. Под текстурой грунтов понимают прост- ранственное расположение элементов грунта с разным составом и свойствами. Текстура ха- рактеризует неоднородность строения грунта в пласте (например, слоистые текстуры песча- но-глинистых грунтов). Текстурные особенно- сти грунтов определяют пути фильтрации во- ды, интенсивность и направление деформаций сдвига массива грунта.
10 Глава 1. Свойства грунтов 1.2. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ 1.2. L Характеристики плотности грунтов • и плотности их сложения Одной из основных характеристик грунта является плотность. Для грунтов различают: плотность частиц грунта ps — отношение мас- сы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта; плотность грунта р — отношение массы грунта (включая массу воды в порах) к занимаемо- му этим грунтом объему; плотность сухого грунта pd — отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к занимае- мому этим грунтом объему (включая имею- щиеся в этом грунте поры). Плотность частиц песчаных и пылевато-глинистых грунтов при- ведена в табл. 1.2. . ТАБЛИЦА 1.2. ПЛОТНОСТЬ ЧАСТИЦ pg ПЕСЧАНЫХ И ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ' С Грунт ps ’ г/см3 диапазон Средняя .Йесбк . .... 2,65—2,67 2,66 Супесь 2,68—2,72 2,70 Суглинок . ... 2,69—2,73 2,71 Глина » .... 2,71—2,76 2,74 Плотность грунта определяется путем от- бора проб грунта ненарушенного сложения и последующего анализа в лабораторных усло- виях. В полевых условиях плотность грунта определяется зондированием и радиоизотоп- ным методом, а для крупнообломочных грун- тов — методом «шурфа-лунки». Плотность сложения грунта (степень уплотненности) характеризуется пористостью п или коэффициентом пористости е и плотно- стью сухого грунта (табл. 1.3). Плотность сло- ТАБЛИЦА 1.3. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ .. ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ Характеристики Формула Плотность сухого грун- та. г/смэ (т/м3) Р^Р/О-НЩ Пористость, % п=(1— pd/ps) 100 Коэффициент пористости е=п/(100—п) или e==(ps“pd^pd Полная влагоемкость l%=eWps- г«е гор. Степень влажности Sr=—L ерш Число пластичности 1 p~w —WP Показатель текучести 1 =( LL”—др ) /(1 —Wp ) жения песчаных грунтов определяется также в полевых условиях с помощью статического и динамического зондирования. 1.2.2. Влажность грунтов и характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов Влажность грунтов определяют высушива- нием пробы грунта при температуре 105 °C до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсо- лютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Долю заполнения пор грунта водой — степень влажности Sr рассчитывают по формуле (см. табл. 1.3). Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в неболь. ших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов. Характеристики пластичности пылевато- глинистых грунтов — это влажности на грани- цах текучести wL и раскатывания wP, опреде- ляемые в лабораторных условиях, а также число пластичности 1Р и показатель текучести /д, вычисляемые по формулам (см. табл. 1.3). Характеристики wL, wP и 1Р являются косвен- ными показателями состава (гранулометриче- ского и минералогического) пылевато-глинис- тых грунтов. Высокие значения этих характе- ристик свойственны грунтам с большим содер- жанием глинистых частиц, а также грунтам, в минералогический состав которых входит монтмориллонит. 1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса [1]: скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей). В классе скальных грунтов выделяют маг- матические, метаморфические и осадочные по- роды, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответст- , вии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность i которых в водонасыщенном состоянии менее . 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2—3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусст- венные— закрепленные в естественном залега- нии трещиноватые скальные и нескальные грунты. Эти грунты подразделяются по'спо- собу закрепления (цементация, силикатизация,
1.3. Классификация .грунтов ТАБЛИЦА 1Л. КЛАССИФИКАЦИЯ СКАЛЬНЫХ 4 ГРУ НТО в Грунт Показатель По пределу прочности на одноосное сжатие g водонасыщенном состоянии, МПа Очень прочный . . . Прочный . .... Средней прочности Малопрочный , . . . Пониженной прочности' Низкой прочности . . Весьма низкой прочности /?с>120 120>Яс>50 50>Яс>15 15>/?с>5 5>/?с>3 3>7?с>1 /?с<1 По коэффициенту раэмягчаемости в воде Неразмягчаемый Размягчаемый Ksa/>0,75 Ksa;<0-75 По степени растворимости в воде (осадочные сцементированные), г/л Нерастворимый Труднорастворимый Среднерастворимый Легкорастворимый Растворимость менее 0,01 Растворимость 0,01-—1 » 1—10 » более 10 битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по пределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4). Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинис- тые, биогенные и почвы. К крупнообломочным относятся несцемен- тированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песча- ные— это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свой- ством пластичности (число пластичности 1р< ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ по гранулометрическому составу Грунт Размер частиц, мм Масса час- тиц, % от массы воз- душно-су- хого грун- та Крупнообломочный: валунный (глыбовый) галечниковый (щебени- >200 1 стый) гравийный (дресвяный) >10 >2 J >50 Песок: гравелистый . . . . . >2 >25 крупный . . . . „ . >0,5 >50 средней крупности . . >0,25 >50 мелкий , ..... >0,1 >75 ««аавмй и „ „ . 0 >0,1 <75 <1 %)'. Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому со- ставу (табл. 1.5) и по степени влажности (табл. 1.6). ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ 5^ Грунт Степень влажности- Маловлажный . . « . 0<Sr^0.5 Влажный . ...... 0,5<Sf<0,8 ' Насыщенный водой . . . Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % опре- деляются свойствами заполнителя 0 могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойст- ва крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают сле- дующие его характеристики — влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылева- то-глинистого заполнителя — дополнительно число пластичности и консистенцию. Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформаци- онные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному со- противлению грунта при статическом 'зонди- ровании qc и условному сопротивлению грун- та при динамическом зондировании qd (табл. 1.7). При относительном содержании органи- ческого вещества 0,03 <IOm <0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью орга- нических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подраз- деляют на незасоленные и засоленные. Круп- нообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и средне- растворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более: ' 2 % — при содержании Песчаного заполни- теля менее 40 % или пылевато-глинистого за- полнителя менее 30 %; 0,5 % — при содержании песчаного запол- нителя 40 % и более; • • . 5 % — при содержании пылевато-глинисто- го заполнителя 30 % и более. Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более. Пылевато-глинистые грунты подразделяют во числу пластичности 1Р (табл. 1.8) и по кон-
12 Глава 1. Свойства грунтов 'ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ • . ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ Песок Подразделение по плотности сложения плот- ный средней плот- ности рыхлый По коэффициенту пористости Гравелистый, крупный и сред- ней крупности Мелкий . . . Пылеватый ' , с <0,55 е<0,6 е <0,6 0,55«^0,7 0,6<е<0,75 0,6се<0,8 ' По удельному сопротивлению грунта, МПа, под наконечником (конусом) зонда при статическом зондировании Крупный и сред- ней крупности независимо от влажности . . Мелкий независи- мо от влажности Пылеватый: маловлажный и влажный водонасы- щенный <->0,7 е>0,75 в>0,8 ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО. показателю текучести Грунт Показатель текучести Супесь: твердая пластичная текучая lL>X Суглинок н глина: твердые . ..... IL<^ полутвердые , ,, . . 0</£«ё0,25 тугопластичные , „ . 0,25</д«:0,5 мягкопластичные в в . 0,5</£«sS0,75 текучепластичные а . 0,75 текучие « /д>1 15>.<7с>5 12>.7с>4 10><7с>3 1~>а >-2 4 с По условному динамическому сопротивлению грунта., МПа, погружению зонда при динамическом зондировании ТАБЛИЦА 1.10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ Ил Коэффициент пористости Супесчаный . .... е>0,9 Суглинистый . ... е>1 Глинистый , .... е>1,5 Крупный и сред- ней крупности независимо , от влажности . . Мелкий: маловлажный и влажный водонасы- щенный Пылеватый мало- влажный и влаж- ный . . . . . ^>12,5 12,5>7^>3,5 <7d<3,5 qd<3 ?d>8.5 8,5x<7d>2 qd<2 <7d>8,5 8,5><7d>-2 qd<2 ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ Грунт Супесь . . ......... Суглинок ............ Глнна , ....... Число пластичности, систенции, характеризуемой показателем теку- чести /д (табл. 1.9). Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты — это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и спо- собные при замачивании водой давать под на- грузкой просадку, легко размокать и размы- ваться. Ил — водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результа- те протекания микробиологических процессов, нмеюший влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористо- сти, значения которого приведены в табл. 1.10. Пылевато-глинистые грунты (супеси, су- глинки и глины) называют грунтами с приме- сью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05</От<0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незасоленные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднераство- римых солей составляет 5 % и более. Среди пылевато-глинистых грунтов необ- ходимо выделять грунты, проявляющие специ- фические неблагоприятные свойства при зама- чивании: просадочные и набухающие. К про- садочным относятся грунты, которые под дей- ствием внешней нагрузки или собственного ве- са при замачивании водой дают осадку (про- садку), и при этом относительная просадоч- ность £sz>0,01. К набухающим относятся грун- ты, которые при замачивании водой или хими- ческими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без на- грузки 8Si«>0,04. В особую группу в нескальных грунтах вы- деляют грунты, характеризуемые значитель- ным содержанием органического . вещества; биогенные (озерные, болотные, аллювиально- болотные). В состав этих грунтов входят за- торфованные грунты, торфы и сапропели. К за- торфованным относятся песчаные и пылевато- глинистые грунты, содержащие в своем соста- ве 10'—50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 50 % и
1.4. Деформируемость грунтов при сжатии :!3 более грунт называется торфом. Сапропеля (табл. 1.11)—пресноводные илы, содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1. ТАБЛИЦА 1.11. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ САПРОПЕЛЕИ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА Сапропель Относительное содержа- ние вещества Минеральный . ... О-К^0’3 Среднеминеральный 0,3</от<0,5 Слабомннеральный . . !от>°’5 Почвы — это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты. К нескальным искусственным грунтам от- носятся грунты, уплотненные в природном за- легании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осуше- нием и др.), насыпные и намывные. Эти грун- ты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и при- родные нескальные грунты. Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым груй- там, а если они находятся в мерзлом состоя- нии от 3 лет и более, то к вечномерзлым. 1.4. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ СЖАТИИ Характеристикой деформируемости грун- тов при сжатии является модуль деформации, который определяют в полевых и лаборатор- ных условиях. Для предварительных расчетов, а также и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допуска- ется принимать модуль деформации по табл. 1.12 и 1.13. ТАБЛИЦА 1.12. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ Песок Значения Е. МПа, при коэффициенте пористости е 0,45 0,55 0,65 0,75 Гравелистый, круп- ный и средней круп- ности . .... 50 40 30 - —- Мелкий . .... 48 38 28 18 Пылеватый « . . 39 28 ' 18 11 Примечание. Значения Е приведены, для кварцевых песков, содержащих не более 20 % поле- вого шпата v не более 5 % в сумме различных, при- месей (слюды, глауконита и пр.). ТАБЛИЦА 1.13. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ Возраст и проис- хождение грунтов Грунт Показатель текучести Значения Е, МПа, при коэффициенте пористости е_ 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,2 1,4 1,6 Четвертичные отложения: Супесь 0</£<0,75 —• 32 24 16 10 7 — — — — — аллювиаль- 0</£<0,25 34 27 22 17 14 и — — ные, делюви- альные, озер- Суглинок 0,25 </£<0,5 — 32 25 19 14 11 8 — — — —• но-аллюви- альные 0,5<Zl<0,75 — •— — 17 12 8 6 5 — — 0</£<0,25 — — 28 24 21 18 15 12 — — • — Глина 0,25 </£<0,5 — — — 21 18 15 12 9 — —- — 0,5</L<0,75 — — — 15 12 9 7 — — — Супесь 0</£<0,75 — 33 24 17 11 7 — — — — флювиогля- 0</д«й0,25 - 40 33 27 21 — — — — — циальные Суглинок 0,25 </£<0,5 — 35 28 22 17 14 — — — — O,5<Jl«SO,75 — — —. 17 13 10 7 —* — — — моренные Супесь и суг- /£<0,5 75 55 45 — — — — — — — ЛИНОК Юрские отложе- Глина —0,25</£<0 '—’ — —- 27 25 22 • '" ' . ния оксфордско- 0</£<0,25 п—а tSSS» 24 22 1-9 15 «—» • го яруса 0,25 </£<0,5 еда» «г, — 16. . 1.2 10 Примечав и е. Значения Е не распространяются на лёссовые грунтм.
14 Глава 1. Свойства' грунтов 1.4.1. Определение модуля деформации в полевых условиях Модуль деформации определяют испыта- нием грунта статической нагрузкой, передавае- мой на штамп [3]. Испытания проводят в шур- фах жестким круглым штампом площадью Рис. 1.1. Зависимость осадки штампа з от давле- . - ния р 5000 см2, а ниже уровня грунтовых вод и на больших глубинах — в скважинах штампом площадью 600 см2. Для определения модуля деформации используют график зависимости осадки от давления (рис. 1.1), на котором вы- деляют линейный участок, проводят через него осредняющую прямую и вычисляют модуль де- формации Е в соответствии с теорией линей- но-деформируемой среды по формуле Д= (1 — v2) codAp/As, (1.1) где V — коэффициент Пуассона (коэффициент попе- речной деформации), равный 0,27 пля крупнообломоч- ных грунтов, 0,30 для песков н супесей, 0,35 для су- глинков и 0,42 для глин; (£> — безразмерный коэффи- циент, равный 0,79; d— диаметр штампа; Др — при- ращение давления на штамп; As — приращение осад- ки штампа, соответствующее Ар. При испытании грунтов необходимо, что- бы толщина слоя однородного грунта под штампом была не менее двух диаметров штампа. Модули деформации изотропных грунтов можно определять в скважинах с помощью прессиометра (рис. 1.2) [3]. В результате ис- пытаний получают график зависимости прира- щения радиуса скважины от давления на ее стенки (рис. 1.3). Модуль деформации опреде- ляют на участке линейной зависимости дефор- мации от давления между точкой рь соответ- ствующей обжатию неровностей стенок сква- жины, и точкой р2, после которой начинается интенсивное развитие пластических деформа- ций в грунте. Модуль деформации вычисляют по формуле £ == &г0 Ар/Аг, (1.2) где /г — коэффициент; начальный радиус скважи- ны; &р — приращение давления; Аг—приращение ра- диуса, соответствующее Ар. Коэффициент k определяется, как правило, путем сопоставления данных прессиометрии с результатами параллельно проводимых испы- таний того же грунта штампом. Для сооруже- ний II и III класса допускается принимать в зависимости от глубины испытания h следую- щие значения коэффициентов k в формуле (1.2); при /г<5 м k = 3; при 5м</г<:10 м k = 2; при 10 м</г<20 м й=1,5. Для песчаных и пылевато-глинистых грун- тов допускается определять модуль деформа- ции на основе результатов статического и ди- намического зондирования грунтов. В качест- ве показателей зондирования принимают: при статическом зондировании — сопротивление грунта погружению конуса зонда qc, а при ди- намическом зондировании — условное динами- ческое сопротивление грунта погружению кону- са qa. Для суглинков и глин E — lqc и £==6pct; для песчаных грунтов E=3qc, а значения Е по данным динамического зондирования приведе- ны в табл. 1.14. Для сооружений 1 и II класса
1.5. . Прочность грунтов Т5 .ТАБЛИЦА 1.14. ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ДАННЫМ , ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ' Песок —— —.'-1 ... . .... 1 - Значения Е, МПа, при q МПа 2 3,5 7 11 14 17,5 ' Крупный и средней крупности . . Мелкий Пылеватый (кроме вбдонасыщен- ных) . ' ........... 20—16 13 8 26—21 19 13 39—34 29 22 49—44 35 28 55—50 40 32 60—55 45 35 является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампами. Для сооружений TII класса допускается определять Е только по результатам зондирования. 1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях В лабораторных условиях применяют компрессионные приборы (одометры), в кото- рых образец грунта сжимается без возможно- сти бокового расширения. Модуль деформации вычисляют на выбранном интервале давлений Др = р2—Р\ графика испытаний (рис. 1.4) по формуле Eoed=(\A-e^la, (1.3) где е0 — начальный коэффициент пористости . грунта; Р — коэффициент, учитывающий отсутствие попереч- ного расширения грунта в приборе и назначаемый в зависимости от коэффициента Пуассона V (табл. 1.15); а — коэффициент уплотнения: а = (е1 —е2)/(Р2 —Pi)- (1-4) ТАБЛИЦА 1.15. СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА у И КОЭФФИЦИЕНТА [3 Грунт V (3=1—2v3/( 1—V) Песок и супесь . . 0,30 0,74 Суглинок . ... 0,35 0,62 Глина 0,42 0,40 Давление pi соответствует природному, а р2 — предполагаемому давлению под подош- вой фундамента. Значения модулей деформации по компрес- сионным испытаниям получаются для всех грунтов (за исключением сильносжимаемых) заниженными, поэтому они могут использовать- ся для сравнительной оценки сжимаемости Рис. 1.4. Кривая испытания грунта на сжатие в ком- прессионном приборе грунтов площадки или для оценки неоднород- ности по сжимаемости. При расчетах осадки эти данные следует корректировать на основе сопоставительных испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для четвертичных супесей, суглинков и глин можно принимать корректирующие коэффициенты m (табл. 1.16), при этом значения Eaed необходимо определять в интервале давлений 0,1—0,2 МПа. 1.5. ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ Сопротивление грунта срезу характеризу- ется касательными напряжениями в предель- ном состоянии, когда наступает разрушение грунта [4]. Соотношение между предельными касательными т и нормальными к площадкам сдвига О' напряжениями выражается условием прочности Кулона—Мора т = ст tg ф-J-с, (Г. 5) где ф — угол внутреннего трения; с — удельное сцеп- ление. ТАБЛИЦА 1.16. КОЭФФИЦИЕНТЫ m ДЛЯ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ, ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ, ОЗЕРНЫХ И ОЗЕРНО-АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ПОКАЗАТЕЛЕ ТЕКУЧЕСТИ IL <0,75 Грунт Значения m при коэффициенте пористости е ' ; 0,45 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 Супесь . ....... 4,0 4,0 3,5 3,0 2,0 Суглинок 5,0 5,0 4,5 4,0 3,0 2,5 2,0 Глина . ... — — 6,0 6,0 5,5 5,0 4,5
16 Глава 1. Свойства грунтов :---------------- - =— — —— -~7 Т А Б Л-Й Ц А ' УДЕЛЬНЫХ вшиФенне 1.17. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ И УГЛОВ ПЕСЧАНЫХ СЦЕПЛЕНИЙ с, ГО ТРЕНИЯ ф, ГРУНТОВ кПа, град, Песок Характе- ристика Знач эфф! 0,45 ечяя с щиенте 0,55 и ср п порис 0,65 ри ко- тости е 0,75 Гравелистый И с 2 1 0 —О Крупный ф 43 40 38 Средней' крупно- сти с ф 3 40 9 38 1 35 — Мелкий ' с ф 6 38 4 36 2 32 0 28 Пылеватый с 8 6 4 9 ф 36 34 Е0 26 П р и м е ч а н и е. Приведенные в таблице зна- пения относятся к кварцевым пескам (см- табл 1.12). Характеристики прочности ср и с опреде- ляют в лабораторных и полевых условиях. Для предварительных, а также окончательных рас- четов оснований зданий и сооружений II и III класса допускается принимать значения ф и с по табл. 1.17 и 1.18. 1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях . В практике исследований грунтов приме- няют метод среза грунта по фиксированной плоскости в приборах одноплоскостного сре- за. Для получения <р и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при раз- личных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивле- ния срезу т строят график линейной зависимо- сти т = /'(о) и находят угол внутреннего тре- ния ф и удельное сцепление с (рис. 1.5). Раз- Рис. 1.5. Зависимость сопротивления срезу грунта т от нормального напряжения ст дичают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидиро- ванно-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (некон- солидированно-недренированное испытание). ТАБЛИЦА 1.18. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ СЦЕПЛЕНИЙ с, кПа, И УГЛОВ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ <р, град, ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИИ Грунт Показатель Характеристи- Значения с й Ф при коэффициенте пористости е текучести к а 0,45 0,55 0,65 , 0,75 0,85 0,95 1,05 ГК0,25 с 21 17 15 13 Супесь <р 30 . 29 27 24 — — — 0,25</д‘<0,75 с 19 15 13 11 9 — ф 28 26 24 21 18 — — 0</д^0,25 с 47 37 31 25 22 19 г— ф 26 25 .24 23 22 20 — Суглинок 0,25</^-с0,5 с ф 39 24 34 23 28 22 23 21 18 19 15 17 — 0,5</£<:0,75 с — 25 20 16 14 12 ф — — 19 18 16 14 12 0«С/двг0,25 с — 81 68 54 47 41 36 ф *— 21 20 19 18 16 14 Глина 0,25 <7 д<0,5 с ф — — 57' 18 50 17 43 16 37 14 32 11 0,5<7д<0,75 с — — 45 41 36 33 29 ф —, — . 15 14 12 10 7 .Чиаиокия г тт m по ст ттд -prrrvnwp mvwTH.
1.5. Прочность грунтов 17 Значения ф и с, полученные по методике мед- ленного консолидированного среза, использу- ются для определения расчетного сопротивле- ния грунта, а также для оценки несущей спо- собности основания, находящегося в стабили- зированном состоянии (все напряжения от внешней нагрузки восприняты скелетом грун- та). Значения ф и. с, полученные по методике быстрого неконсолидированного среза, исполь- зуются для определения несущей способности медленно уплотняющихся водонасыщенных суглинков и глин, илов, сапропелей, заторфо- ванных грунтов и торфов. В таких грунтах возможно возникновение нестабилизированно- го состояния (наличие избыточного давления в поровой воде) вследствие их медленной кон- солидации или быстрой передачи нагрузки от сооружения (силосы, резервуары, склады сырья и т. п.). Метод определения характеристик прочно- сти ц> и с в условиях трехосного сжатия в большей степени соответствует напряженному состоянию грунта в основании сооружения. Испытание проводится на приборе, в котором образец грунта подвергается всестороннему гидростатическому давлению и добавочному вертикальному (осевому). Для определения прочностных характеристик грунтов проводят серию испытаний при различных соотношени- ях давлений, доводя образец до разрушения. В результате каждого опыта получают значе- ния наибольшего о\ и наименьшего о3 глав- ных нормальных напряжений в момент разру- шения. Графически зависимость между глав- ными касательными и нормальными напряже- ниями представляют с помощью кругов Мора, каждый из которых строится на разности на- пряжений СГ1 и Оз (рис. 1.6). Общая касатель- F.P/1'ci Рис. 1.6. Круги Мора по результатам испытания грунта в приборе трехосного сжатия ная к этим кругам удовлетворяет условию прочности (1.5) и позволяет определить харак- теристики ф и с. В приборах трехосного сжатия проводят следующие испытания: недренированноедренирование воды из образца грунта отсутствует в течение всего опыта; консолидированно-недренированное — дре- нирование обеспечивается в процессе прило- жения гидростатического давления и образец полностью уплотняется; в процессе приложе- ния осевых нагрузок дренирование отсутст- вует; дренированное — дренирование обеспечи- вается в течение всего испытания. Недренированные испытания водонасы- щенных грунтов проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых че- рез общие (тотальные) напряжения. Дрениро- ванные испытания проводят для определения прочностных характеристик, выражаемых че- рез эффективные напряжения. При этом в про- цессе опыта должно быть достигнуто полно- стью консолидированное состояние грунта. Прочностные характеристики грунтов, выра- жаемые через эффективные напряжения, могут быть определены также для образцов грунта, испытанных в неполностью консолидирован- ном состоянии, при условии измерения в про- цессе опыта давления в поровой воде. Количественной характеристикой прочно- сти скальных грунтов является предел проч- ности на одноосное сжатие Rc, определяемый раздавливанием образца грунта и вычисляе- мый по формуле Rc = P/F, (1.6) где Р — нагрузка в момент разрушения образца грунта; F — площадь поперечного сечения образца грунта. 1.5.2. Определение прочностных характеристик в полевых условиях Полевое испытание на срез в заданной плоскостй' целика грунта, заключенного в коль- цевую обойму, аналогично лабораторному ис- пытанию на срез в одноплоскостных срезных приборах. Испытания проводятся в шурфах, котлованах, штреках и т. д. Для получения характеристик ф и с определяют сопротивле- ние срезу не менее чем трех целиков при раз- личных вертикальных нагрузках. Схемы испы- таний принимаются те же, что и в лаборатор- ных условиях. Значения ф и с находят на ос- нове построения зависимости (1.5), как это показано на рис. 1.5. Полевое определение характеристик ф и с в стенах буровой скважины проводится мето- дами кольцевого и поступательного среза. Схе- мы испытаний приведены на рис. 1.7. Эти ме- тоды применяются для испытаний грунтов на глубинах до 10 м (кольцевой срез) и до 20 м (поступательный срез). В методе кольцевого среза используется распорный штамп с про- дольными лопастями, в методе поступательно-
18 Глава 1. Свойства грунтов то среза — с поперечными лопастями. С помо- щью распорного штампа лопасти вдавливают- ся в стенки скважины и создается нормальное давление на стенки. В методе кольцевого сре- за грунт срезается вследствие приложения крутящего момента, а в методе поступатель- ного среза — выдергивающей силы. Для полу- чения ф и с необходимо провести не менее трех срезов при различных нормальных давле- ниях на стенки скважины и построить зависи- мость т=/(а) (см. рис. 1.5). Метод вращательного среза с помощью крыльчатки, вдавливаемой в массив грунта или в забой буровой скважины (см. рис. 1.7), Рис. 1.7. Схемы испытаний грунта в скважинах на срез а — кольцевой: б — поступательный; в — враща- тельный крыльчаткой: 1 — лопасти; 2 — распорные штампы; 3 — скважины; 4 — штанги; 5 — устройства для создания и измерения усилия позволяет определить сопротивление срезу т, поэтому его рекомендуется применять при сла- бых пылевато-глинистых грунтах, илах, сапро- пелях, заторфованных грунтах и торфах, так как для них угол внутреннего трения практи- чески равен нулю и можно принять с=т. Ис- пытания крыльчаткой проводят на глубинах до 20 м. Для определения характеристик прочности в полевых условиях применяют методы выпи- рания и обрушения грунта в горных выработ- ках. Значения ф и с вычисляют из условий предельного равновесия выпираемого и обру- шаемого массива грунта. Угол внутреннего трения песчаных грунтов может быть определен с помощью статическо- го и динамического зондирования. По данным статического зондирования угол ср' имеет сле- дующие значения: ? , МПа ....... 1 2 4 7 12 20 30 с ф, град ........ 26 28 30 32 34 36 38 Значения ф по данным динамического зон- дирования приведены в табл. 1.19. Для соору- жений I и II класса является обязательным со- поставление данных зондирования с результа- тами испытаний тех же грунтов на срез. Дл; сооружений III класса допускается опреде- лять ф только по результатам зондирования ТАБЛИЦА 1,18. ЗНАЧЕНИЯ УГЛОВ ‘ ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ср ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО. ЗОНДИРОВАНИЯ Песок Значения ф, град, при q^, МПа 2 3,5 7 11 14 17, Крупный и средней крупности . . . . 30 33 36 38 40 41 Мелкий . ... 28 30 33 35 37 38 Пылеватый . . . 26 28 30 32 34 35 1.6. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ Характеристикой степени водопроницаемо сти грунта является коэффициент фильтрации представляющий собой скорость фильтраций при градиенте напора, равном единице. Ско рость фильтрации воды в грунтах v характе ризуется законом Дарси: v = k&Hll = kl, (1.7 где k — коэффициент фильтрации; 1 — градиент на пора при разности напоров ДЯ и длине пути фильт рации I. За скорость фильтрации принимается рас ход воды в единицу времени, отнесенный i площади поперечного сечения образца грунта Коэффициент фильтрации определяется i лабораторных условиях в фильтрационных при борах и в полевых условиях с помощью опыт ТАБЛИЦА 1.20. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ФИЛЬТРАЦИИ ГРУНТОВ Грунт й,м/сут Галечниковый (чистый) .... >200 Гравийный (чистый) ...... 100—200 Крупнообломочный с песчаным за- 100—150 полнителем . ........ Песок: гравелистый . ...... 50—100 крупный ; ........ 25—75 средней крупности ..... 10—25 мелкий . ......... 2—10 пылеватый . ....... 0,1—2 Супесь . .......... 0,1—0,7 Суглинок . ......... 0,005—0,4 Глина . .......... <0,005 Торф: слабор наложившийся . ... 1—4 среднеразложившийся . . . 0,15—1 сильноразложнвшийся . . . 0,01—0,15
1.7. Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов 19 ных откачек, нагнетаний и наливов (табл. 1.20). Следует иметь в виду, что в некоторых грунтах, например в плотных глинах, фильтра- ция возникает лишь тогда, когда градиент на- пора превысит некоторое критическое значение, называемое начальным градиентом напора. При значительных величинах начального гра- диента напора следует учитывать его влияние при решении задач уплотнения грунта. Для слабых глинистых грунтов в процессе их кон- солидации под нагрузкой коэффициент филь- трации значительно уменьшается при увели- чении их плотности. 1.7. НОРМАТИВНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ Нормативные и расчетные значения харак- теристик грунта вычисляют для каждого выде- ленного на площадке строительства инженер- но-геологического элемента (слоя грунта). За нормативное значение характеристики принима- ют среднее арифметическое значение результа- тов частных определений. При переходе к рас- четному значению учитывается, что среднее значение вследствие неоднородности грунта и ограниченного числа определений может содер- жать ошибку, которая должна быть исключе- на. Расчетные значения устанавливают для характеристик, используемых в расчетах осно- ваний и фундаментов. Статистическую обработку опытных дан- ных начинают с проверки на исключение воз- можных грубых ошибок (отскоков). Исключать необходимо максимальное или минимальное значение Xi, для которого выполняется усло- вие vSdis, (1.8) где X — среднее значение; v — статистический крите- рий, принимаемый по табл 1.21; —смещенная оценка среднего квадратического отклонения: '-==1 здесь п—количество определений. ТАБЛИЦА 1.21. ЗНАЧЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ Число опреде- лений V Число определе- ний V Число определе- ний V б 2,07 13 2,56 20 2,78 7 2,18 14 2,60 25 2,88 8 2,27 15 2,64 30 2,96 9 2,35 16 2,67 35 3,02 10 2,41 17 2,70 40 3,07 11 2,47 18 2,73 45 3,12 12 2.52 19 2,75 50 3,16 Далее вычисляют: нормативное (среднее арифметическое) значение п Хп = JTJ Xf, (1.10) i=l среднее квадратическое отклонение г=1 коэффициент вариации (1.12) ошибку среднего значения А— (в абсолют- ных единицах) или б— (относительная ошибка) А S/Kn; б- V/Vn- (1.13) А А доверительный интервал, характеризую- щий область вокруг среднего значения, в пре- делах которой с заданной вероятностью а на- ходится «истинное» (генеральное) среднее зна- чение, A=±^S/]/n; б = ta (1.14) где ^-коэффициент, принимаемый по табл. 1.22 в зависимости от заданной вероятности (надежности) а и числа определений п\ ТАБЛИЦА 1.22. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА t ПРИ ОДНОСТОРОННЕЙ ДОВЕРИТЕЛЬНОЙ ВЕРОЯТНОСТИ и Число определе- ний п—1 или п—2 t при а Число определе- ний п—1 или п—2 7 при а а 0,85 0,95 0,85 0,95 2 1,34 2,92 13 1,08 1,77 3 1,25 2,35 14 1,08 1,76 4 1,19 2,13 15 1,07 1,75 5 1,16 2,01 16 1,07 1,75 6 1,13 1,94 17 1,07 1,74 7 1,12 1,90 18 1,07 1,73 8 1,11 1,86 19 1,07 1,73 9 1,10 1,83 20 1,06 1,72 10 1,10 1,81 30 1,05 1,70 11 1,09 1,80 40 1,05 1,68 12 1,08 1,78 60 1,05 1,67 коэффициент надежности по грунту (1.15) расчетное значение характеристик ' (1.16) или Х=Хп±Л; Х = Хп(1 ±б). (1.17) Указанная статистическая обработка при- меняется для таких характеристик грунтов, ис- пользуемых при расчетах оснований, как плот- ность и модуль деформации нескальных грун-
20 Глава 1. Свойства грунтов тов и предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов. Для физических характе- ристик вычисляются их нормативные значения. Для модуля деформации, а также характерис- тик относительной просадочности и набухания допускается принимать расчетные значения равными нормативным. Для прочностных характеристик грунтов-— угла внутреннего трения ср и удельного сцеп- ления с — методика статистической обработки имеет следующие особенности. Нормативные значения ф и с определяют по нормативной зависимости T==fftg<p + c, вычисляемой мето- дом наименьших квадратов на основе всех оп- ределений, т в рассматриваемом слое грунта. Вычисления проводят по формулам: (1.18) (1.19) •Средние квадратические ошибки с и ф оп- ределяются по формулам: (1.22) где (1.23) Коэффициенты вариации ф и с вычисля- ются по формуле (1.12), а доверительный ин- тервал = / V . 6 = t,. V (1.24) tg Ф СС tg Ф? с с® v 7 Расчетные значения ф и с находят по фор- мулам (1.16) и (1.17). Доверительная вероят- ность а принимается равной 0,85 при расчетах оснований по деформациям и равной 0,95 при расчетах несущей способности оснований и расчетах подпорных стен. Расчетные значения характеристик грунта ф, с и р для расчетов оснований по несущей способности обозначаются фг, ci и рх, а для расчетов по деформациям — фп, di и рн. Пример 1.1. Для известняков определено 13 зна- чений предела прочности на одноосное сжатие в не- донасыщенном состоянии R с- (табл. 1.23). Делаем проверку на исключение возможных грубых ошибок, для чего вычисляем: Ас = 222/13 = 17,08 « 17 МПа; Sd.s = /343/13 = 5,14 « 5 МПа. ТАБЛИЦА 1.23. К ПРИМЕРУ 1.1 Номер опыта МПа ~Rc~Rci (K~Rciy 1 18 —1 1 2 15 2 4 3 22 —5 25 4 11 6 36 5 12 5 25 6 10 7 49 7 24 —7 49 | 8 20 —3 9 9 11 6 36 10 18 -1 1 И 27 —10 100 12 15 2 4 13 19 —2 4 S 222 — 343 По табл, 1.21 находим для я = 13 v=2,56, тогда vS = 13. Наибольшее отклонение от среднего зна- чения составляет 10 (опыт № 11), что меньше 13, сле- довательно, опытные данные не содержат грубых ошибок. Для вычисления расчетного значения R с на- ходим: 3 = ]/з43/12 = 5,35 « 5 МПа; V = 5/17 = 0,29. Поскольку прочность скальных грунтов использу- ется для оценки несущей способности оснований из этих грунтов, расчетное значение Rc должно быть определено с доверительной вероятностью 0,95. Для «=0,95 и п—1 = 12 по табл. 1.22 находим t = 1,78, Ок Тогда по формуле (1.14) 6 = 1,78-0,29/]/" 13 = 0,14. Далее воспользуемся формулой (1.17): > = 17 (1—0,14) = 14,62 « 15 МПа Здесь значение 6 взято со знаком минус, так как это обеспечит большую надежность расчета основа- ний по несущей способности. Пример 1.2. Для инженерно-геологического эле- мента, сложенного суглинками, было выполнено 27 лабораторных определений сопротивления срезу т в девяти сериях при трех значениях нормального дав- ления <5=100, 200 и 300 кПа (табл. 1.24). Прежде чем приступить к вычислению норматив- ных и расчетных значений с и ф, следует выполнить проверку на исключение грубых ошибок в определе- ниях т при каждом значении нормального давле- ния. Необходимые для этого подсчеты приведены в табл. 1.24. Значения статистического критерия v при- няты по табл. 1.21 для п = 9. В результате проверки получено, что при всех значениях нормального дав- ления |т— щ |<vSfy?.s , следовательно, опытные дан- ные не содержат грубых ошибок. Вычисления нормативных и расчетных значений
1.7. Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов 21 ТАБЛИЦА 1.24. К ПРИМЕРУ 1.2 Номер серии опытов О=100 кПа O=200 кПа 0=300 кПа кПа T—T. 1 Г-Л-)2 T-, I кПа T—T. 1 (т-Tj)' T., кПа T—T. 1 1 75 —3,33 11,0889 95 12,22 149,3284 115 22,22 ' 493,7284 < О? 01 70 75 1,67 —3,33 2,7889 11,0889 100 120 7,22 —12/78 52,1284 163,3284 120 160 17,22 —22,78 296,5284 518,9284 4 6,67 44,4889 110 —2,78 7,7284 150 —12,78 163,3284 5 80 —8,33 69,3889 110 —2,78 7,7284 135 2,22 4,9284 6 65 6,67 44,4889 90 17,22 296,5284 135 2,22 4,9284 7 85 —13,33 177,6889 120 —12,78 163,3284 150 —12,78 163,3284 8 60 11,67 136,1889 100 7,22 52,1284 135 2,22 4,9284 9 70 1,67 2,7889 120 —12,78 163,3284 135 2,22 4,9284 V 645 — 500,0001 965 °— 1055,5556 1235 1655,5556 т1=645/9 =71,67 /=965/9= =107,22 /=1235/9= =137,22 500,0001/9 =7,45 Sd.s^=l/ 1055,5556/9 =10,83 s =/ 1655,5556/9 =13,56 azs r v=2,35; vSj. =17,51; Ql3 V =2,35; vSd.s,=25,45; v=2,35; vS ,. =31,87; ar.s 13,33<17,51 17,22 <25,45 22,78 <31,87 ТАБЛИЦА 1.25. К ПРИМЕРУ 1.2 Номер опыта a. i T. z 2 a.r. z г A T . i A T .—T. Z I A (/“/)' 1 2 3 4 5 6 7 8 1 100 75 10 000 7 500 72,59 —2,41 5,8081 9 100 70 10 000 7 000 72,59 2,59 6,7081 з 100 75 10 000 7 500 72,59 —2,41 5,8081 4 100 65 10 000 6 5'10 72,59 7,59 57,6081 5 100 80 10 000 8 0.0 72,59 —7,41 54,9081 (5 100 65 10 000 6 500 72,59 7,59 57,6081 7 100 85 10 000 8 500 . 72,59 —12,41 154,0081 8 100 60 10 000 6 000 72,59 12,59 158,5081 q 100 70 10 GOO 7 000 72,59 2,59 6,7081 10 200 95 40 000 19 000 105,37 10,37 107,5369 200 100 40 000 20 000 105,37 5,37 28,8369 1° 200 120 40 000 24 000 105,37 —14,63 214,0369 13 200 110 40 000 22 000 105,37 —4,63 21,4369 14 200 110 40 000 22 000 105,37 —4,63 21,4369 1 4 200 90 40 000 18 000 105,37 15,37 236,2369 16 200 120 40 000 24 000 105,37 —14,63 214,0369 1 7 200 100 40 000 20 000 105,37 5,37 28,8369 1Я 200 120 40 000 24 000 105,37 —14,63 214.0369 1 Q 300 115 90 000 34 500 138,15 23,15 535,9225 9(| 3rlfJ 120 90 000 36 000 138,15 18,15 329,4225 ‘11 300 160 90 000 48 000 138,15 -21,85 477,4225 99 300 150 90 000 45 000 138,15 —11,85 140,4225 23 300 135 90 000 40 500 138,15 3,15 9,9225 °4 30(1 90 000 40 500 138,15 3,15 9,9225 25 300 150 90 000 45 000 138,15 —11,85 140,4225 9g 300 135 90 000 40 500 138,15 3,15 9,9225 27 300 135 90 000 40 500 138,15 3,15 9,9225 S 5400 2845 1 260 000 628 000 °— 3257,4075 с и ср следует вести в табличной форме (табл, 1.25). В графы 2 и 3 вписываем экспериментальные значения <т. и т .. После вычислений, внесенных в графы 4 и 5, определяем tg<pn н сп- Значения в графе 6 полу- чаем путем подстановки найденных значений tg <рп Л и с 7(в уравнение Т- = О Hg <Рп+сп Обозначим знаменатель в формулах (1.18), (1,19), (1,21) и (1.22) буквой М и вычислим его значение: М = 27 • 1 260 000 — 5400= = 4 860 000; 1g = ———- (27 • 628 000 — 2845 5400) = 0,3278; п 4 860 000 грп = 18° 10' и 18°; с =------1--- (2845 1 260 000 — 5400 • 628 000) = п 4 860 000 = 39,81 кПа. После заполнения граф 7 и 8 находим: 5?т =]/ 3257,41/(27 — 2) = 11,41 кПа; Sc = 11,41 260 000/4 860 000 = 5,81 кПа; Stg ф == 11,41 / 27/4 860 000 --= 0,0269;
Глава 1. Свойства грунтов Fc = 5,81/39,81 =0,15; Vtg ф = 0,0269/0,3278 = 0,08. Определяем расчетные значения с и <р для рас- четов основания по первому предельному состоянию. Для а=0,95 и га—2=25 i =1,71. Тогда: бс= 1,71-0,15 = 0,26; vg(c) = 1/(1 — 0.26) = 1,35; 6tg <р ~ 1171 ’0,08 = 0,14; ?g (tg = 1/(1 —0,14) = = 1,16; q = 39,81/1,35 =29,49 ~ 29 кПа; tgcpj =0,3278/1,16 = 0,28; <pj = 15° 38' « 61°. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. ГОСТ 25100—82. Грунты. Классификация. — М.: Изд-во стандартов, 1982. 2. Сергеев Е. М., Голодковская Г. А., Зиангиров Р. С. и др. Грунтоведение. Уч, для вузов, изд. 5-е. — М.: Изд-во МГУ, 1983. — 595 с. 3. Трофименков Ю, Г,, Воробков Л. И, Полевые методы исследования строительных свойств грун- тов. — М.: Стройиздат, 1981. — 215 с. 4. Цытович Н. А. Механика грунтов (Краткий курс). Уч. для вузов, изд. 4-е.—М.: Высшая школа, 1983. — 272 с.
Глава 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ . 2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Инженерно-геологические изыскания — со- ставная часть комплекса работ, выполняемых для обеспечения строительного проектирова- ния исходными данными о природных услови- ях района (участка) строительства, а также прогнозирования изменений окружающей при- родной среды, которые могут произойти при строительстве и эксплуатации сооружений. При ' проведении инженерно-геологических Изысканий изучаются грунты как основания зданий и сооружений, подземные воды, физи- ко-геологические процессы и явления (карст, оползни, сели и др.). Инженерно-геологиче- ским изысканиям сопутствуют инженерно-гео- дезические изыскания, объектом изучения ко- торых являются топографические условия района строительства, и инженерно-гидроме- теорологические изыскания, при выполнении которых изучаются поверхностные воды и климат. Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и стандартами. Общие требования к проведению изысканий приведены в СНиП II-9-78 [4], а требования к изысканиям для отдельных видов строительст- ва— в инструкциях СН 225-79 [2] и СН 211-62 [1]. Учитывая специфику проектирования свайных фундаментов, основные требования к изысканиям для них приведены в СНиП 11-17-77 [5] и в «Руководстве по проектированию свай- ных фундаментов» [3]. Определение основных строительных свойств грунтов регламентирова- но стандартами, указанными в п. 2.4. Инженерно-геологические изыскания долж- ны производиться, как правило, территориаль- ными изыскательскими, а также специализиро- ванными изыскательскими и проектно-изыска- тельскими организациями; Допускается их вы- полнение проектными организациями, которым в установленном порядке предоставлено такое право. 2.2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ И ПРОГРАММЕ ИЗЫСКАНИИ Планирование и выполнение изысканий осуществляются на основе технического за- дания на производство изысканий, составляе- мого проектной организацией — заказчиком. При составлении технического задания необ- ходимо определить, какие материалы, характе- ризующие природные условия строительства, потребуются для разработки проекта, и на этой основе получить разрешение у соответ- ствующих органов на производство изысканий для данного объекта. Орган, выдающий разре- шение, может указать на необходимость ис- пользования (в целях исключения дублирова- ния) имеющихся в его распоряжении материа- лов ранее выполненных работ на территории размещения проектируемого объекта, что должно быть отражено в техническом задании. Если по проектируемому объекту имеются ма- териалы ранее выполненных изысканий, то они передаются изыскательской организации как приложение к выдаваемому техническому за- данию. Передаче подлежат и другие материа- лы, характеризующие природные условия райо- на проектируемого строительства и находя- щиеся в распоряжении проектной организации. Техническое задание составляется по при- водимой ниже форме с текстовыми и графиче- скими приложениями. В п. 7 задания необходимо приводить сле- дующие технические характеристики: класс от- ветственности, высота, число этажей, размеры в плане и конструктивные особенности проек- тируемого сооружения; значения предельных деформаций оснований сооружений; наличие и глубина подвалов; намечаемые типы, размеры и глубина заложения фундаментов; характер и значения нагрузок на фундаменты; особенно- сти технологических процессов (для промыш- ленного строительства); плотность застройки (для городского и поселкового строительства). Эти характеристики во многих случаях целесо- образно давать в приложении к техническому заданию в табличной форме. К техническому заданию в обязательном порядке должны быть приложены: ситуационные планы с указанием размещения (вариантов размещения) участков (площадок) строительства и трасс инженер- ных коммуникаций; топографические планы в масштабе 1 : 10 000 — 1 : 5000 с указанием контуров размещения проектируемых зданий и сооружений и трасс инженерных коммуника- ций, а также планировочных отметок; копии протоколов согласований прохождений и под- ключений (примыканий) инженерных комму- никаций, влияющих на состав и объем инже- нерных изысканий, с графическими приложе- ниями; материалы исполнительных съемок или проектная документация подземных ком- муникаций (при производстве изысканий на площадках действующих промышленных пред- приятий и внутри городских кварталов). Техническое задание является основой для составления изыскательской организацн-
24 Глава 2. Инженерно-геологические изыскания УТВЕРЖДАЮ; Главный инженер (наименование организации) (подпись) (в скобках инициалы и фамилия) (дата) ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ (наименование изыскательской организации) 1. Наименование объекта и характер строительства (новое, реконструкция или расширение) 2. Местоположение и границы объекта__________________________________________________________________— (административная принадлежность, расстояние и направление до ближайшего населенного пункта) 3. 3аказчик____________________________________._________________________________________——---------- (полное наименование, ведомственная принадлежность и адрес заказчика) 4. Основание для выдачи задания___________________________________________________________—------------- (наименование и номер документа, на основании которого выдано задание, обеспеченность и источник финансирования, наименование Стройбанка и его адрес) 5. Стадия и основные задачи проектирования, этап изысканий 6. Площади участков (площадок) изысканий, назначение и протяженность инженерных коммуникаций____________________________________________________________—.___________- _________________ 7. Назначение и технические характеристики проектируемых зданий и сооружений_________ 8. Особенности строительства и эксплуатации объекта (вертикальная планировка и планировочные отметки, объем, места промышленных сбросов, химический состав сбрасываемых веществ и т. п.) 9. Требования к точности определения инженерно-геологических характеристик ________________________________ 10. Особые требования к изысканиям (требования к выполнению специальных видов работ — обследование существующих сооружений, опытное замачивание грунтов в котлованах и т. п.), 11. Сроки и порядок представления отчетных материалов 12. Сведения о ранее выполненных инженерных изысканиях Приложения (перечень): 1. ________________________________________________________________________________________________________ 2. ________________________________________________________________________________________________________ Главный инженер проекта___________________________________________________________________________________ (подпись) (в скобках инициалы и фамилия) (дата) (телефон)
2.3. Этапы, состав и объем изысканий 25 ей программы изысканий, в которой обосно- вываются этапы, состав, объемы, методы и последовательность выполнения работ и на ос- новании которой составляется сметно-договор- ная документация. Составлению программы предшествуют сбор, анализ и обобщение ма- териалов о природных условиях района изыс- каний, а в необходимых случаях (отсутствие или противоречивость материалов) —- полевое обследование района изысканий. Программа включает текстовую часть и приложения. Текстовая часть должна состоять из следующих разделов: 1) общие сведения; 2) характеристика района изысканий; 3) изу- ченность района изысканий; 4) состав, объе- мы и методика изысканий; 5) организация ра- бот; 6) перечень представляемых материалов; 7) список литературы. В разделе 1 приводятся данные первых пяти пунктов технического задания. В разде- ле 2 дается краткая физико-географическая характеристика района изысканий и местных природных условий с отражением особенно- стей рельефа и климата, сведений о геологи- ческом строении, гидрогеологических условиях, неблагоприятных физико-геологических процес- сах и явлениях, о составе, состоянии и свойст- вах грунтов. В разделе 3 излагаются сведения об имеющихся фондовых материалах ранее выполненных изыскательских, поисковых и ис- следовательских работ и дается оценка полно- ты, достоверности и степени пригодности этих материалов. В разделе 4 на основе требова- ний технического задания, характеристики района (участка) изысканий и его изученности определяются оптимальные состав и объемы работ, а также обосновывается выбор мето- дов проведения инженерно-геологических ис- следований. При согласовании программы это- му разделу проектировщики должны уделять особое внимание, руководствуясь сведениями о составе и объеме работ, приводимыми далее в пп. 2.3 и 2.4. В разделе 5 устанавливаются последовательность и планируемая продолжи- тельность работ, определяются необходимые ресурсы и организационные мероприятия, а также мероприятия по охране окружающей среды. В разделе 6 указываются организации, которым должны быть направлены материа- лы, а также наименование материалов. В раз- деле 7 дается перечень общесоюзных норма- тивных документов и государственных стан- дартов, отраслевых и ведомственных инструк- ций (указаний), руководств и рекомендаций, литературных источников, отчетов об изыска- ниях, которыми следует пользоваться при про- изводстве изысканий. К программе изысканий должны быть приложены: копия технического задания за- казчика; материалы, характеризующие состав, объемы и качество ранее выполненных изыс- каний; план или схема объекта с указанием границ изысканий; проект размещения пунктов горных выработок, полевых исследований и т. п., выполненный на топографической осно- ве; технологическая карта последовательности производства работ; чертежи (эскизы) выра- боток и нестандартного оборудования. 2.3. ЭТАПЫ, СОСТАВ И ОБЪЕМ ИЗЫСКАНИИ Инженерно-геологические изыскания дол- жны выполняться этапами, увязывающимися с решением конкретных задач проектирования (табл. 2.1). Выбор количества этапов и их привязка к стадиям проектирования осущест- вляются совместно проектной и изыскатель- ской организациями для каждого объекта в зависимости от конкретных условий, опреде- ляемых процессом проектирования, природ- ными и организационно-техническими факто- рами. При этом отдельные этапы могут быть опущены или совмещены с другими. Состав работ, выполняемых на отдельных этапах изысканий, приведен в табл. 2.2. Кро- ТАБЛИЦА 2.1. ЭТАПЫ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИИ Этап изыскани й Объект изысканий Основные задачи изысканий проектирования Сбор и обобщение дан- .Район строительства Разработка рабочей гипотезы об ин- Установление пер- ных о природных усло- виях женерио-геологических условиях района и составление программы изысканий спективных вариан- тов расположения объекта строитель- ства Инженерно-геол огиче- Территория наме- Сравнительная оценка инженерно- Выбор участка (пло- екая рекогносцировка ч е нн ы х вариантов геологических условий по намечен- щадки) строительст- 1 расположения объек- та строительства ным вариантам ва Инженерно-геологиче- Выбранный участок Комплексная оценка . инженерно- Компоновка зданий и ская съемка (площадка) строи- тельства геологических условий участка (площадки) строительства сооружений. Выбор типов фундаментов Инженерно-геологн- Сфера взалмодейст- Получение инженерно-геол огичес- Проектирование от- ческая разведка вця зданий и соору- жений с геологичес- кой средой них характеристик грунтов в сфе- ре взаимодействия зданий и соору- жений с геологической средой дельных зданий и сооружений
26 Глава 2. Инженерио-геолоеичес'кие изыскания ТАБЛИЦА 2.2. СОСТАВ РАБОТ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ Этап изысканий Виды работ. о а и га U о ГО а едка о о. S и « к О со д- £ го CL и CJ о. Аэровизуальные наблюде- ния (описание местности с воздуха) с с Маршрутные наблюдения (описание местности по на- земным маршрутам) . . . + + Горные работы (проходка шурфов, скважин и других выработок, отбор образцов и проб) с + + Лабораторные исследова- ния грунтов и подземных вод с + + Полевые исследования . грун- тов с + + Геофизические исследова- ния грунтов ...... с 4- + Гидрогеологические иссле- дования (опытно-фильтра- ционные работы) .... — . с с Стационарные наблюдения (за подземными водами, фи- зико-геологическими про- цессами и явлениями) . . с с Условные обоз на1 I е и и я: «+» — - обяза- тельно выполняются; С — по специальному заданию; «—» — не выполняются. ме работ, указанных в таблице, на каждом этапе проводятся камеральные работы, вклю- чающие обработку и обобщение получаемых инженерно-геологических данных, подготовку отчетных материалов и во многих случаях (при рекогносцировке и съемке) дешифрова- ние аэрофотоматериалов. При необходимости проектная организация может поручать изыс- кательской выполнение специальных работ, например обследование существующих зданий и сооружений. Проектировщик должен учитывать/ что инженерно-геологические изыскания на участ- ках развития неблагоприятных физико-геоло- гических процессов и явлений, как правило, должны сопровождаться стационарными на- блюдениями с целью изучения динамики их развития, а также специальными работами для установления площадей их проявления и глубин интенсивного развития, приуроченно- сти к геоморфологическим элементам, формам рельефа и литологическим видам грунтов, ус- ловий и причин возникновения, форм проявле- ния и развития. Кроме того, должны выпол- няться специальные исследования грунтов для оценки возможных изменений их свойств вследствие протекания этих процессов. Так, в районах развития карста изучаются петрогра- фический и химический состав грунтов, их ра- створимость и скорость растворения, содержа- ние углекислоты, состав и состояние заполни- теля карстовых пустот; в районах развития оползней — прочностные характеристики грун- тов при изменении напряженногр состояния, влажности, ориентации поверхностей сколь- жения и при длительном действии нагрузок (с учетом реологических свойств грунтов). Объем инженерно-геологических работ при рекогносцировке определяется в зависимости от степени изученности природных условий района строительства и поэтому не нормиру- ется. Объем инженерно-геологических работ при съемке должен устанавливаться в зависи- мости от сложности инженерно-геологических условий на участке строительства, от площади исследуемой территории, а также от вида строительства и характера проектируемых со- оружений согласно требованиям инструкций по инженерным изысканиям для соответству- ющих видов строительства [1, 2]. При этом проектировщик должен требовать, чтобы рас- стояния между горными выработками назнача- лись не более указанных в табл. 2.3. Объем ТАБЛИЦА 2.3. МАКСИМАЛЬНЫЕ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ГОРНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ ПРИ СЪЕМКЕ Категория сложно- сти инженерно-гео- логических условий’ Расстояние, м, при масщтач бе съемки 1:10 000 1:5000 I (простая) . . . 500 .250 II (средняя) . . . 400 200 III (сложная) 300 150 1 Принимается в соответствии с СН 225-79, табл. 3 [2]. инженерно-геологических работ при разведке должен устанавливаться в зависимости от уточненной по результатам съемки категории сложности инженерно-геологических условий площадок в пределах контура каждого соору- жения или их группы, размеров сооружений в плане, их назначения, класса и конструк- тивных особенностей, вида фундаментов. При этом проектировщик должен требовать, что- бы расстояния между горными выработками и общее число выработок в пределах контура каждого сооружения или группы сооружений (при расстоянии между сооружениями не бо- лее 50 м) назначались в соответствии с табл. 2.4. Глубины проходки горных выработок и исследований грунтов при съемке должны на- значаться исходя из предполагаемых размеров сферы взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой. Вместе с тем при за- легании на строительной площадке грунтов, специфических по составу и состоянию (илы, просадочные, заторфованные, насыпные, рых- лые песчаные, засоленные и набухающие
2.4. Основные принципы назначения состава и объема исследований грунтов ТАБЛИЦА 2.4. РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ГОРНЫМИ ВЫРАБОТКАМИ И ИХ ЧИСЛО ПРИ РАЗВЕДКЕ Категория слож- ности инженерно- геологических ус- ловий Максимальное расстояние между выработками, м Минимальное число выработок I 70—40 2 з II 50—30 2—4 III 30—20 3—5 Пр и м е ч а н и е. Для каждой категории слож- ности инженерно-геологических условий большие рас- стояния между выработками и меньшее их число принимаются для сооружений, малочувствительных к неравномерным осадкам, а меньшие расстояния между выработками и большее их число — для соо- ружений, чувствительных к неравномерным осадкам, или при реконструкции и надстройке существующих сооружений. грунты), необходимо, чтобы горные выработки проходились на полную глубину залегания этих грунтов. На участках, где протекают неблагоприят- ные физико-геологические процессы и явления, горные выработки необходимо проходить не менее чем на 5 м ниже зоны активного разви- тия этих процессов — поверхностей скольже- ния оползневых тел, предполагаемой глубины карстообразования, поверхностей раздела под- вижных и неподвижных частей тела осыпей. Глубины проходки горных выработок и исследований грунтов при разведке должны назначаться исходя из расчетных глубин сжи- маемой толщи основания сооружения, приво- димых в задании на изыскания, с заглублени- ем ниже границы сжимаемой толщи на 1—2 м. При размещении выработок на участках рас- пространения специфических по составу и состоянию грунтов и на участках с протекани- ем неблагоприятных физико-геологических процессов и явлений должны учитываться те же требования к глубинам проходки, что и при съемке. Если в пределах расчетных глубин сжимаемой толщи залегают скальные грун- ты, то выработки следует проходить до глу- бины на 2 м ниже кровли слабовыветрелых грунтов или подошвы фундамента при его заложении в скальном массиве. При отсутст- вии у проектировщика к моменту выдачи тех- нического задания на изыскания данных для расчета глубины сжимаемой толщи необходи- мо требовать, чтобы глубины проходки выра- боток и исследований грунтов назначались в зависимости от типов фундаментов и действу- ющих нагрузок в соответствии с табл. 2.5, а применительно к фундаментным плитам при- нимались равными половине ширины плиты, но не менее 20 м. Для свайных фундаментов глубины проходки выработок и исследований грунтов должны назначаться не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины погружения ТАБЛИЦА 2.5. ГЛУБИНЫ ПРОХОДКИ ВЫРАБОТОК И ИССЛЕДОВАНИЙ ГРУНТОВ ПРИ РАЗВЕДКЕ Фундамент Нагрузка на фун- дамент, кН/м и кН Глубина ниже подошвы фун- дамента, м Ленточный До 100 200 500 700 4—6 9—12 12—15 1000 2000 15—18 18—20 Отдельный До 500 1000 2500 5000 5—7 7—9 9—13 10 000 15 000 50 000 11—15 . 12—19 18—26 Примечание. Меньшие значения глубин вы- работок принимаются при отсутствии грунтовых вод, в большие—при их наличии. свай. Кроме того, следует учитывать, что при нагрузке на куст висячих свай более 3000 кН глубину проходки 50 % выработок следует назначать ниже проектируемой глубины погру- жения свай не менее чем на 10 м, а при свай- ных полях размером более 10ХЮ м глубины проходки выработок и исследований грунтов должны превышать проектируемое заглубле- ние свай не менее чем на ширину свайного поля. 2.4. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ НАЗНАЧЕНИЯ СОСТАВА И ОБЪЕМА ИССЛЕДОВАНИИ ГРУНТОВ При согласовании программы изысканий проектировщик должен требовать, чтобы ис- следования грунтов для определения их стро- ительных свойств проводились комплексными методами, включающими как лабораторные, так и полевые испытания. Основными факто- рами, определяющими состав исследований грунтов, входящих в общий комплекс, являют- ся особенности грунтовых условий на строи- тельной площадке, тип выбранного фундамен- та, класс ответственности и конструктивные особенности проектируемых сооружений. Физические характеристики грунтов опре- деляются, как правило, преимущественно ла- бораторными методами. Требовать применения полевых методов (зондирования, радиоактив- ного каротажа и др.) следует только в тех случаях, когда отбор образцов необходимого качества затруднителен или практически не- возможен. Прочностные характеристики грунтов оп- ределяются лабораторными или полевыми ме- тодами. При этом полевые методы должны обязательно применяться в тех случаях, когда
28 Глава 2. Инженерно-геологические изыскания затруднительно отобрать образцы грунтов с ненарушенной структурой или когда грунты содержат большое число крупнообломочных включений, размеры которых близки к разме- рам образцов. Так, сопротивление сдвигу сла- бых грунтов определяют методом вращатель- ного их среза в скважинах. Для оценки угла внутреннего трения песчаных грунтов исполь- зуют статическое или динамическое зондиро- вание их. Прочностные характеристики круп- нообломочных грунтов и грунтов, имеющих большой процент крупнообломочных включе- ний, определяют полевым методом среза це- ликов грунта. Деформационные характеристики грунтов следует определять преимущественно полевы- ми методами. Лабораторные методы . могут применяться для оценки изменения свойств грунтов во времени, а также с целью сокра- щения объема полевых исследований грунтов, если для конкретных строительных площадок установлены достаточно надежные корреля- ционные связи между деформационными ха- рактеристиками грунтов, рассчитанными по ре- зультатам полевых и лабораторных испытаний. Полевые методы должны быть основными при определении показателей сопротивления грунтов основания свай. При этом во всех случаях, когда это возможно по грунтовым ус- ловиям, следует проводить статическое зонди- рование. Основные виды лабораторных и полевых исследований грунтов и условия их примене- ния приведены в табл. 2.6 и 2.7. Необходимо иметь в виду, что лабораторными методами достаточно достоверные данные о прочност- ных и деформационных характеристиках грунтов, а также об их плотности могут быть получены лишь на образцах ненарушенного сложения (монолитах), отбор которых из гор- ных выработок, а также упаковка, транспор- тирование и хранение должны производиться с учетом требований ГОСТ 12071—84. При этом в просадочных грунтах не менее 30 °/о выработок, из которых отбираются монолиты, должно быть представлено шурфами или дуд- ками, проходимыми на полную мощность про- садочной толщи. Для получения данных, необходимых при проектировании фундаментов сооружений на грунтах, специфических по составу и строе- нию (просадочных, набухающих, заторфован- ных и др.), при изысканиях должны опреде- ляться дополнительные характеристики грун- тов. В состав лабораторных исследований кро- ме обычных определений согласно табл. 2.6 в качестве обязательных дополнительно включа- ются определения: для просадочных грунтов — относитель- ной просадочности, начальных просадочного давления и влажности (ГОСТ 23161—78), общего содержания и состава водораствори- мых солей; для набухающих грунтов— относитель- ного набухания, влажности и давления набу- хания, относительной усадки (ГОСТ 24143—- 80), минералогического состава; для засоленных грунтов — относительной ТАБЛИЦА 2.6. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ Вид характери- стики Опредг ляемая характеристика Грунт гост скальный крупнообло- мочный (для заполнителя) 3 о о с । глинистый ! Физическая Природная элажность Влажность гигроскопиче- ская Плотность частиц грунта Плотность грунта Границы текучести и раска- тывания Гранулометрический состав С С + + С С С С 4- 4- 4- + 4- 4- с 4- + + С □180—84 12536—79 Деформацион- ная Сжимаемость ——• С с 4- 23908—79 Прочностная Прочность при одноосном сжатии Сопротивление срезу 4- С с с 4- 21153.2—75 (для скальных грунтов) 17245—79 (для полускальных 'грунтов) 12248—78 Примечание. Условные обозначения те же, что в табл. 2.2.
2.4. Основные принципы, назначения состава и объема исследований грунтов 29 ТАБЛ И Ц А 2.7. ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУНТОВ Вид исследования Задача исследования Грунт гост расчленение гео- логического разреза установление зако- 1 номерностей измен-1 чивостл характер!!- ' стик определение крупнообломочный песчаный глинистый физических ха- рактеристик деформацион- ных характери- стик прочностных ха- рактеристик показателен со- противления грунтов осно- вания свай Стат?1ческое зондирова- ние Динамическое зондиро- вание Испытания штампами Испытания прессиомет- рами Испытания на срез це- ликов грунта Вращательный срез или кольцевой срез .... Поступательный срез Испытания эталонной сваей Испытания сваями . . Условные обоз III] 1 1 1+ + л я Й 11 ++ I + 1 + + + + -» иссл О 1 II II 1 + ++ + + + 1 1 + ++ | I о а — к о § ++ 11 .1 1 11 + 6 о I ++ 11 + 1 +1 1 + + + + + + + зсследоЕ + + + + + + + + + ания не 20069—81 19912-81 20276—85 20276—85 23741—79 21719—80 21719—80 24942—81 5686—78 выполняются. суффозионной осадки, количественного содер- жания легко- и среднерастворимых солей; для элювиальных грунтов — коэффициента выветрелости; для заторфованных грунтов и торфа — от- носительного содержания и степени разложе- ния органических веществ, зольности, коэф- фициента консолидации, изменения прочност- ных характеристик с учетом фактора време- ни. Кроме упомянутых выше лабораторных исследований для строительных площадок, сло- женных просадочными грунтами, с целью оп- ределения типа грунтовых условий по проса- дочности проектировщик должен требовать проведения опытного замачивания грунтов в котлованах, а при проектировании в грунто- вых условиях II типа свайных фундаментов— также и испытаний свай с площадным зама- чиванием грунтов из котлованов. В состав ис- следований просадочных, набухающих и засо- ленных грунтов целесообразно также дополни- тельно включать их полевые испытания статическими нагрузками с замачиванием. Как отмечалось выше, при назначении со- става исследований грунтов наряду с учетом особенностей грунтовых условий на строитель- ной площадке и типа фундамента должны учитываться класс ответственности проектиру- емых сооружений и их конструктивные особен- ности. Так, при изысканиях для строительства сооружений I класса, а также промышленных и жилых комплексов и микрорайонов иссле- дования грунтов должны проводиться с ис- пользованием полного комплекса методов, со- ответствующих выбранным типам фундаментов и грунтовым условиям,, включая самые точ- ные и дорогие виды полевых исследований (испытания грунтов статическими нагрузками в шурфах, испытания свай). Для одиночных зданий и сооружений II класса состав иссле- дований грунтов в значительной степени дол- жен определяться конструктивными особенно- стями сооружений — их высотой, наличием и величинами сосредоточенных нагрузок на ос- нование, чувствительностью к неравномерным осадкам и т.п. Для зданий и сооружений III класса обычно представляется возможным ог- раничиться проведением лабораторных иссле- дований грунтов и зондирования. Объем исследований грунтов, как и со- став, должен назначаться в зависимости от ответственности и конструктивных особенно- стей проектируемых сооружений, но, кроме то- го, еще и от их размеров в плане и сложно- сти грунтовых условий (по характеру залега- ния и свойствам грунтов). При согласовании намеченных в программе объемов исследова- ний грунтов следует руководствоваться клас- сификацией проектируемых сооружений и грунтовых условий по категориям [3 (прил. 3)]. Для сооружений I категории (при нагруз- ках иа фундаменты не более 500 кН/м или 3000 кН) и при I категории сложности грун- товых условий исследования грунтов могут проводиться, в минимальном объеме, но в то же время достаточном для получения стати- стически обоснованных показателей свойств грунтов. При возрастании той или иной категории иа одну ступень объем исследований грунтов должен быть увеличен примерно в 1,5 раза, а при возрастании на две ступени — в 2 раза. Так, например, если применительно к соору»
30 Глава 2. Инженерно-геологические изыскания перечень опубликованных и фондовых матери- алов, использованных при составлении отчета. В текстовых и табличных приложениях к отчету должны приводиться: копии техничес- ких заданий на производство инженерных изысканий и акты согласований; сводные таб- лицы результатов лабораторных определений свойств грунтов и подземных вод; сводные таблицы нормативных и расчетных значений характеристик грунтов; паспорта определений прочностных и деформационных свойств грун- тов; сводные таблицы результатов и интерпре- тации геофизических исследований; сводные таблицы результатов петрографического опи- сания грунтов, минералогических и други^ спе- циальных анализов; каталоги координат и вы- сот горных выработок, геофизических, зонди- ровочных и других опытных точек. В графиче- ских приложениях к отчету должны содер- жаться: карты фактического материала участ- ка строительства; карты инженерно-геологиче- ских условий и инженерно-геологического районирования участка строительства; карты гидроизогипс, рельефа кровли скальных грун- тов и др.; инженерно-геологические разрезы территории строительства; инженерно-геоло- гические и геолого-литологические колонки горных выработок; листы обработки результа- тов лабораторных, полевых и гидрогеологиче- ских исследований, а также стационарных на- блюдений; геолого-геофизические карты и раз- резы. По результатам инженерно-геологической рекогносцировки и разведки вместо отчетов могут составляться заключения, в которых должны содержаться рекомендации, соответ- ствующие задачам конкретного этапа изыска- ний. Заключения составляются также по ре- зультатам изысканий, выполняемых при рекон- струкциях сооружений. При выполнении съем- ки и разведки в один этап результаты изыс- каний представляются в виде одного отчета, где в разделе, относящемся к инженерно-геоло- гическим условиям площадки строительства, необходимо приводить детальную характери- стику этих условий для участков размещения проектируемых зданий и сооружений, норма- тивные и расчетные значения характеристик грунтов их оснований, а также рекомендации по осуществлению профилактических и защит- ных мероприятий для обеспечения устойчиво- сти зданий и сооружений. ЛИТЕРАТУРЫ 3. Руководство по проектированию свайных фун- даментов. — М.; Стройиздат, 1980. — 151 с. 4. Строительные нормы и правила. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. СНиП II-9-78. — М.: Стройиздат, 1979. 5. Строительные нормы и правила. Свайные фун- даменты. СНиП 11-17-77. — М.; Стройиздат, 1978. жеш-по I категории и при I категории сложно- сти грунтовых условий достаточно провести зондирование в пяти точках, то применитель- но к сооружению того же размера в плане III категории . и при III категории сложности грунтовых условий требуемое число точек зон- дирования возрастает до 20. 2.5. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИНЖЕНЕРНО- ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИИ Результаты изысканий представляются в виде отчетов или заключений, в которых дол- жны содержаться выводы, прогнозы и реко- мендации, необходимые для разработки проект- но-сметной документации. Самым большим по составу и объему является отчет по резуль- татам инженерно-геологической съемки. В тек- стовой части отчета обязательно должно со- держаться следующее: сведения о составе, объеме и методике выполняемых работ; опи- сание климата, рельефа, физико-геологических процессов и явлений и других факторов, ока- зывающих влияние на строительство; сведения о наличии и причинах деформаций существую- щих в районе изысканий зданий и сооруже- ний; геолого-стратиграфические разрезы, ус- ловия залегания грунтов и их характеристика по генетическим типам, а также характеристи- ка основных водоносных горизонтов; норма- тивные и расчетные значения характеристик грунтов, находящихся в пределах инженерно- геологических элементов, а также оценка их пространственной изменчивости; прогноз изме- нений состояния и свойств грунтов; инженер- но-геологическое районирование территории строительства; сопоставительная оценка выде- ленных участков, рекомендации по возможно- му использованию участков и выбору с ин- женерно-геологических позиций типов основа- ний сооружений; прогноз изменения инженер- но-геологических и гидрогеологических условий на отдельных участках территории под воздей- ствием строительства и эксплуатации зданий и сооружений с основными рекомендациями по инженерной подготовке территории и обосно- ванием необходимости осуществления меро- приятий по борьбе с неблагоприятными явле- ниями; выводы и рекомендации, необходимые для принятия проектных решений; рекоменда- ции по проведению последующих изысканий; список 1. Инструкция по инженерным изысканиям для городского и поселкового строительства. СН 211-62.— М.: Стройиздат, 1962. — 120 с. 2. Инструкция по инженерным изысканиям для промышленного строительства. СН 225-79.—М.: Стройиздат, 1979. — 77 с.
Глава 3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ТИПА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ 3.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Основания и фундаменты зданий и соо- ружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы. Проектирование оснований и фундамен- тов выполняется в соответствии с действую- щими СНиП [4—6]. При проектировании ос- нований и фундаментов необходимо учиты- вать следующие положения: обеспечение прочности и эксплуатацион- ных требований зданий и сооружений (об- щие и неравномерные деформации сооруже- ния не должны превышать допустимые); максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов; максимальное использование прочности материала фундаментов; достижение минимальной стоимости, мате- риалоемкости и трудоемкости. Выбор типа оснований или конструктив- ных решений фундаментов выполняется на ос- новании сравнений технико-экономических по- казателей, получаемых с помощью вариантно- го проектирования [1-3, 7]. 3.2. ТИПЫ ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ И ОБЛАСТЬ ' ИХ ПРИМЕНЕНИЯ При большом различии инженерно-геоло- гических условий площадок строительства на территории СССР, а также разнообразии конструкций зданий и сооружений, применяе- мых в массовом строительстве, используются в основном столбчатые, ленточные и плитные фундаменты на естественном, уплотненном или искусственно закрепленном основании и свайные фундаменты. Предварительная оценка области приме- нения срундаментов различных типов в зави- симости от грунтовых условий может быть выполнена с помощью табл. 3.1, в которой ука- заны случаи безусловного применения фунда- ментов соответствующего типа либо случаи, когда необходимо выполнение вариантного проектирования. 3.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ Под технико-экономическими показателями оснований и фундаментов зданий и сооруже- ний понимаются технические и экономические характеристики проектного решения. К техническим показателям относятся тип оснований и конструкции фундаментов, рас- четные данные о деформируемости и прочности грунтов основания (ожидаемые осадки, пере- мещения, крены п т. п.), данные об использо- вании прочности материала фундаментов, ма- териалоемкость. К экономическим показателям относятся приведенные затраты, сметная стои- мость (себестоимость), трудоемкость изготов- ления и возведения, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техниче- скую базу строительства, эксплуатационные расходы (если деформируемость оснований требует дополнительных затрат на ремонт или ТАБЛИЦА 3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ Основания Грунты Тип фундамента прорезаемые основания на естествен- ном основании на уплотненном или искусственно закрепленном основании свайные Однослойные Слабые Средние Прочные | +Н-Н- 1 H-I+ +1+1 1 ! Слабые Средние Прочные ± ± + Двухслойные Средние Слабые Прочные ± ± ± Прочные Слабые Средние ± ± ± ± — Условные обозначения: « + » — рекомендуется для применения; «±» — требуется вариантное проектирование; «—» — не рекомендуется для применения.
32 Глава 3. Общие принципы выбора типа оснований и фундаментов усиление конструкций зданий либо сооруже- ний для обеспечения их пригодности в течение эксплуатационного периода). Полный перечень экономических показателей приведен в табл. 3.2. ТАБЛИЦА 3.2. ПОЛНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ Показатели Единица Стоимостные Приведенные затраты руб. Сметная стоимость ? себестоимость) возведения оснований и фундаментов Капитальные вложения в материально- техническую базу строительства . . . руб/год i-ффект от ускорения строительства . Экономическая оценка фактора дефи- руб. цитяости стали » <, . Эксплуатационные затраты . . . . . Натуральные Продолжительность возведения . . . смена затраты труда, всего . В том числе: чел.-ди. на изготовление материалов, конст- рукций, полуфабрикатов и их тран- спортирование на устройство оснований и возведе- ние фундаментов Расход основных материалов: стали (приведенной к стали класса А-1) кг цемента (приведенного к марке 400) 3» топлива (в пересчете на условное) Технико-экономические показатели опре- деляются, как правило, для основания и фун- даментов здания и сооружения. Для анализа технико-экономических показателей вариантов проектных решений фундаментов должна быть выбрана сопоставимая единица измерения. В качестве такой единицы могут приниматься 1 м2 общей площади здания, 1 фундамент, 1 м стен, единица расчетной нагрузки от здания или сооружения и т. п. Оптимальное проектное решение принима- ется по минимуму приведенных затрат [1]. Приведенные затраты определяются с учетом себестоимости возведения основания и фунда- ментов, капитальных вложений в материаль- но-техническую базу строительства, эксплуата- ционных затрат, фактора дефицитности мате- риальных ресурсов и экономического эффекта, который может быть получен в случае сокра- щения общей продолжительности строитель- ства. При отсутствии информации о различии продолжительности и трудоемкости устройст- ва фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определе- ния показателей приведенных затрат, допус- кается на стадии разработки проекта исполь- зовать показатели сметной стоимости. Анализ других показателей выполняется для выявления факторов, влияющих на раци- ональность применения того или иного реше- ния, и определения путей совершенствования конструкций фундаментов. Например, себесто- имость служит для определения возможного снижения стоимости устройства оснований и фундаментов за счет применения рациональ- ных решений. Аналогичное назначение имеет анализ показателей материалоемкости, трудо- емкости изготовления, продолжительности ра- бот. Показатели материалоемкости и капи- тальных вложений в материально-техническую базу строительства используются также для обоснования предложений по развитию более эффективных конструкций (фундаментов, свай и др.) и определения требуемых объемов ка- питальных вложений в строительную индуст- рию. 3.4. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКИХ показателей На выбор технико-экономических показа- телей оснований и фундаментов зданий и со- оружений оказывают влияние исходные дан- ные для проектирования, нормативно-техниче- ская база и техническая оснащенность строи- тельных организаций. Перечисленные группы взаимосвязаны и в различной степени влияют на выбор типа оснований и конструкций фун- даментов. К исходным данным для проектирования относятся: инженерно-гидрометеорологические, инже- нерно-геологические и геодезические све- дения о площадке строительства, получаемые на основании результатов изысканий, выпол- няемых с учетом рекомендаций гл. 2 настоя- щего справочника; данные о технологическом назначении зда- ния или сооружения, величинах нагрузок, пе- редаваемых на строительные конструкции (в том числе на основания и фундаменты), на- личии технологических заглубленных помеще- ний, их размерах в плане и по высоте и рас- стояниях от конструкций фундаментов, требо- вания к осадкам, кренам и другим деформа- циям фундаментов под технологическое оборудование, требования к влажности возду- ха в технологических заглубленных помеще- ниях и т. п.; эти сведения приводятся в зада- нии на проектирование, составляемом специа- листами-технологами на основании технологи- ческих нормативных документов и паспортов технологического оборудования; технические характеристики проектируе- мого здания или сооружения, в которых при- ведены конструктивная схема, значения натру*
3.5. Принципы сопоставимости конструктивных решений фундаментов 33 зок, передаваемых на фундаменты, размеры и материалы несущих конструкций и их планово- высотная привязка, размеры заглубленных по- мещений, их размещение в плане, отметки за- глубления и т. п., конструкции полов, требо- вания к деформациям фундаментов несущих конструкций; эти данные составляются в со- ответствии с требованиями норм на проекти- рование (СНиП) на основании технологичес- кого задания. Нормативно-техническую базу составляют действующие нормы технологического и стро- ительного проектирования (в том числе нор- мы проектирования оснований и фундамен- тов), сборники цен на материалы, конструк- ции, прейскуранты, а также единичные рас- ценки на выполнение работ по устройству оснований и фундаментов. 3.5. ПРИНЦИПЫ СОПОСТАВИМОСТИ. КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ Варианты проектных решений фундамен- тов должны отвечать условиям сопоставимо- сти. Проектные решения должны быть: рассчитаны на одинаковые нагрузки для одних и тех же грунтовых условий и в рав- ной мере отвечать условиям эксплуатации; разработаны с одинаковой степенью про- ектной проработки в соответствии с действую- щими нормами проектирования, а также с учетом научно-технических достижений в об- ласти заводского изготовления конструкций и производства строительно-монтажных работ. Варианты решений фундаментов должны основываться на полноценных данных инже- нерно-геологических изысканий, позволяющих проектировать любые типы фундаментов с оди- наковым техническим уровнем их разработки. Например, если для разработки одного вари- анта фундаментов используются данные по- левых исследований грунтов, дающих более близкие к действительности их характеристи- ки, то для разработки другого варианта не- обходимо пользоваться данными о грунтах, полученными аналогичным образом. Если не- сущая способность свай по одному варианту устанавливается по результатам статических испытаний, то таким же способом должна ус- танавливаться несущая способность сваи по другому варианту (когда применяются сваи различных конструкций и размеров). Проектные решения фундаментов следует сравнивать при равной степени законченности всех конструктивных элементов. Если при раз- личных вариантах проектных решений фунда- ментов изменяются объемы работ по смежным конструктивным элементам или их частям, то необходимо учитывать разницу в затратах по этим смежным элементам. Например, при со- поставлении различных вариантов решений фундаментов в просадочных, слабых и тому подобных грунтах, требующих конструктивных мероприятий по повышению пространственной жесткости здания, необходимо учитывать раз- ницу в затратах по зданию в целом. При этом разницу в затратах на устройство смежных элементов рекомендуется относить на тот ва- риант, для которого эти затраты больше. Объ- емы работ, одинаковые по сравниваемым ва- риантам, можно в расчетах не учитывать. Стоимостные показатели должны опреде- ляться для условий одного и того же района строительства, в едином уровне цен на рас- сматриваемые конструкции и материалы, с при- менением единой сметно-нормативной базы или единых принципов определения показателей. . 3.6. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ВЫБОРА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ Выбор основания (несущего слоя) произ- водится в зависимости от инженерно-геологи- ческих условий площадки строительства, кон- структивных особенностей проектируемого здания и сооружения, возможностей местных строительных организаций; грунты основания должны обеспечивать надежную работу кон- струкций зданий и сооружений при минималь- ных объемах строительных работ по устрой- ству фундаментов и сроках их выполнения. В качестве основания могут приниматься любые грунты; не рекомендуется^ использова- ние в качестве основания илов, торфов, рых- лых песчаных и текучепластичных глинистых .грунтов. При свайных фундаментах грунты осно- вания должны позволять максимально исполь- зовать прочность материалов сван при мини- мальном их сечении, длине и заглублении по- дошвы ростверка. При выборе основания зданий и сооруже- ний необходимо учитывать в отдельных слу- чаях выполнение специальных работ, связан- ных с инженерной подготовкой площадки стро- ительства: планировочные работы, уплотнение грунтов, водопонижение или водоотлив, про- тивооползневые мероприятия и т. п. Выполне- ние этих работ требует дополнительного вре- мени и затрат и может влиять на выбор кон- струкций фундаментов. Выбирая основания и конструкции фунда- ментов для здания, возводимого рядом с су- ществующим, следует учитывать тип и состо-
34 Глава 3. Общие принципы выбора типа оснований и фундаментов яние.конструкций фундаментов существующего здания, требования к действующему техноло- . гическому оборудованию на возможные дина- мические воздействия при производстве работ, конструктивные и технологические особенности проектируемого здания, возможности строи- тельных организаций. Принятые конструкции фундаментов дол- жны быть технологичны в строительном про- изводстве. Конструкции фундаментов здания или со- оружения должны характеризоваться мини- мальными величинами приведенных затрат, ма- териалоемкости, энергоемкости, трудоемкости. В отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании оказыва- ется более выгодным применить более доро- гие конструкции, если при этом обеспечивает- ся ускорение ввода объекта в действие и по- лучение за счет этого дополнительной продук- ции. 3.7. МЕТОДИКА ТЕХНИКО- ЭКОНОМИЧЕСКИХ СРАВНЕНИИ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ Трудоемкость и материалоемкость осно- ваний и фундаментов определяются на основа- нии проектных разработок вариантов. Для конкретных объектов строительства определя- ется показатель полных приведенных затрат 3 = С + Д~Эф.3, (3.1) где С — смежная или сметно-расчетная стоимость устройства фундаментов; Д — экономическая оценка фактора дефицитности ресурса (учитывается для ва- рианта с большим расходом рассматриваемого ресур- са); •Эф з—эффект у заказчика от ускорения ввода в действие основных производственных фондов (учи- тывается для варианта с наиболее ранним вводом объекта в эксплуатацию). Показатель сметной стоимости устройства фундаментов определяется на основании дей- ствующих сметных норм и «Единых районных единичных расценок» (ЕРЕР), привязанных к местным условиям строительства. Фактор дефицитности материальных ре- сурсов на ближайший период рекомендуется учитывать для стали по формуле Д = ЭуМс, (3.2) где Эу—удельное значение экономической оценки фактора дефицитности стали, принимаемое в разме- ре 150 руб. на 1 т дополнительно израсходованной стали, приведенной к стали класса А-1; М G— допол- нительный расход стали по рассматриваемому вари- анту проектного решения фундамента по сравнению с. вариантом, с наименьшим расходом стали. Экономический эффект, образуемый у за- казчика за счет выпуска дополнительной про- дукции, может учитываться только при нали- чии детальных исходных данных, принимаемых из проектов организации строительства и про- ектов производства работ, и определяется по формуле Эф.3 = £а ФД77(И, (3.3) где Е а— норматив абсолютной эффективности капи- тальных вложений в отрасли; для объектов межот- раслевого характера и объектов непроизводственной сферы Е принимается равным 0,14; Ф—стоимость производственных фондов, досрочно введенных в действие (сметная стоимость объекта строительства с учетом технологического оборудования); А 7’— раз- ница в сроках окончания строительства объекта, обусловленная конструктивными решениями фунда- ментов сравниваемых вариантов, год; /<и— коэффи- циент использования расчетной разницы в сроках окончания строительства по условиям возможности эксплуатации готового объекта после его сдачи за- казчику; при отсутствии сведений принимается рав- ным 0,3. Не следует принимать разницу в продол- жительности строительства объектов равной разнице в продолжительности возведения сравниваемых вариантов фундаментов, посколь- ку на критическом пути строительства, как правило, находится не весь объем работ. При отсутствии конкретных данных объем работ по устройству фундаментов, лежащий на крити- ческом пути строительства, рекомендуется при- нимать в размере 30 %. При определении коэффициента Ки учи- тываются возможности получения исходного перерабатываемого сырья при более раннем освоении производственной мощности предпри- ятия, быта и использования готовой продук- ции в данное время в соответствующих отрас- лях народного хозяйства. При выявлении областей рационального применения проектных решений фундаментов для массового строительства в качестве базис- ных вариантов рекомендуется принимать луч- шие решения, освоенные в практике массово- го строительства. ' Приведенные затраты по вариантам про- ектных решений фундаментов определяются по формуле 3=Cc + En(K6 + Kc)4-4, (3.4) где С G — себестоимость (расчетная или фактическая) устройства фундаментов (под расчетной себестои- мостью понимается сметная стоимость без учета плановых накоплений); Еп—нормативный коэффи- циент сравнительной эффективности капитальных вложений, равный 0,12; К g и Кс—капитальные вло- жения в основные производственные фонды строи- тельной индустрии (Д'£—-в предприятия по произ- водству товарного бетона, арматуры, сборных бетон- ных и железобетонных конструкций фундаментов; А'—в строительные и транспортные машины и ме- ханизмы, а также в базу по их обслуживанию и эксплуатации). Капитальные вложения в развитие мощ- ностей предприятий строительной индустрии Кб определяются по формуле п = <3-5) г=1 где К — удельные капитальные вложения в произ- водство материалов, конструкций и полуфабрикатов;
3.8. Экспресс-методы технико-экономической оценки фундаментов 35 Мг расход материалов, конструкций и полуфабри- катов на принятую единицу измерения. Удельные капитальные вложения в про- изводство материалов, конструкций и полу- фабрикатов . • = (3.6) где Кк—коэффициент, учитывающий отношение ка- питальных вложений к оптовой цене материалов, конструкций и полуфабрикатов и принимаемый для сборных железобетонных и бетонных изделий 1,11, для товарного бетона 0.G9 и для арматурных изделий 1,09; С3оптовая цена 1 м3 сборных железобетон- ных и бетонных изделий (с учетом арматуры), бе- тонной смеси и арматурных каркасов н сеток для монолитных конструкций. Капитальные вложения в строительные и транспортные машины и механизмы, участву- ющие в производстве строительно-монтажных работ, определяются по выражению Кс = 1,07См N? Кэ KJNn, (3.7) где 1.07 — коэффициент, учитывающий затраты на доставку машин до объектов строительства; См — балансовая стоимость строительных машин, оборудо- вания и транспортных средств, принимаемая по дей- ствующим прейскурантам; Af , Nп— количество ма- шино-смен работы машин, оборудования, транспорта (WT—требуемое для возведения сравниваемых кон- струкций фундаментов; Nп — нормативное на годо- Сравнительная эффективность проектных решений фундаментов экспериментального объекта определяется на основе сопоставления перспективных приведенных затрат этого строительства с приведенными затратами, рассчитанными по фактическим показателям возведения фундаментов, строящихся по про^ ектам-аналогам. Фундаменты зданий и сооружений, спро- ектированные по действующим нормативным документам, рассчитываются на одинаковый срок службы и в обычных условиях, как пра- вило, не требуют ремонта. В связи с этим эк- сплуатационные затраты по конструкциям фундаментов отсутствуют. Эксплуатационные затраты необходимо учитывать в тех случаях, когда варианты имеют существенные различия в затратах на устранение последствий нерав- номерных осадок зданий и сооружений [2]. Основные исходные данные и технико-эко- номические характеристики для разработанных вариантов фундаментов сводятся в таблицу (табл. 3.3). ТАБЛИЦА 3.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЛЯ СОПОСТАВЛЕНИЯ ВАРИАНТОВ ФУНДАМЕНТОВ Группа данных По грунтам По конструкциям здания или сооружения По типам фундаментов Исходные данные и технико-экономические характеристики По объемам работ: земляные работы свайные работы (только для свайных фундамен- тов) бетонные работы Характеристики грунтов, прорезаемых фундаментами (в том числе сваями), и грунтов основания Размеры в плане, высота, площадь сечения колонн, шаг колония, нагрузки на фундаменты (нормальные силы, изгибающие моменты, горизонтальные си- лы), имеющие наибольшее распостраненне в здании Столбчатые пли плитные на естественном или искусственно уплотненном ос- новании, свайные фундаменты, размеры в плане в уровне подошвы, размеры свай и расчетные нагрузки на них Объем разработки котлована, обратной засыпки, уплотнения (с учетом транс- порта) Объем свай в м3 и в шт. с указанием марки и объема бетона (отдельно сбор- ного для забивных или монолитного для буронабивных свай), расход арма- туры по классам Объем фундаментов с указанием марки бетона (для свайных фундаментов объем ростверков), объем подготовки, расход арматуры по классам вой срок эксплуатации); нормативное количество ма- шино-смен работы машин и механизмов за год мо- жет быть принято в размере 250 для сваебойных аг- регатов и 400 для прочих машин; К д— коэффициент, учитывающий потребности в основных производст- венных фондах, необходимых для эксплуатационно- ремонтной базы; принимается для строительных ма- шин и механизмов 1,3 и для транспортных средств 1,8; /<п—поправочный коэффициент, учитывающий территориальный пояс и принимаемый в соответствии с действующими «Нормативами удельных капиталь- ных вложения по отраслям строительства». В случаях когда при определении стоимо- сти материалов, конструкций и полуфабрика- тов используются оптовые цены промышленно- сти, приведенные затраты могут быть найде- ны по формуле . 3-С + ЕЛс + Д. (3.8) При несущественном отличии уровня ме- хановооруженности строительных работ по срав- ниваемым вариантам составляющая ЕпК.с в формуле (3.8) может не учитываться. 3.8. ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ При проектировании оснований и фунда- ментов зданий и сооружений приходится учи- тывать много факторов, влияющих на выбор проектного решения, и разрабатывать несколь- ко (не менее трех) вариантов. Для сокращения объема работ по поиску наиболее экономичных решений оснований и фундаментов в практике проектирования ис- пользуются различные приемы, которые можно разделить на следующие группы: объекты-ана- логи, стандартные программы расчета основа- ний и фундаментов на ЭВМ, материалы для проектирования оснований и фундаментов при- менительно к типовым проектам зданий и соо-
36 Глава 3. Общие принципы выбора типа оснований и фундаментов ----------------------------------------------—--------------!--------- ружений массового применения, укрупненные сметные нормы на части зданий и сооружений [8—13],. прейскуранты, показатели техничес- кого- уровня (для свайных фундаментов) [14]. В зависимости от задач проектирования необходимо правильно пользоваться любым из перечисленных выше приемов (а при необхо- димости несколькими из них сразу). Механи- ческое использование этих приемов не допус- кается, так как может привести к неправиль- ным оценкам. Выбор объектов-аналогов должен выпол- няться по отраслевому признаку (машиностро- ение, металлургия, нефтехимия и т. п.), ис- пользованию унифицированных объемно-плани- ровочных и конструктивных решений и одина- ковым инженерно-геологическим условиям. Использование объектов-аналогов может дать хорошие результаты, например, при про- ектировании и строительстве крупных комплек- сов в отдельных регионах, когда при проекти- ровании оснований и фундаментов объектов используется накопленный опыт предыдущего строительства. Это позволяет проводить пла- номерную работу по совершенствованию осно- ваний и конструкций фундаментов. Выбор стандартных программ для вари- антного проектирования оснований и фунда- ментов должен осуществляться с таким расче- том,- чтобы в программы были заложены дей- ствующие нормы на проектирование, а инфор- мация о грунтах и внешних нагрузках на фун- даменты задавалась на едином техническом уровне, что обеспечит соблюдение условий со- поставимости. Необходимо также, чтобы в вы- бранных программах расчета для различных типов фундаментов (например, столбчатых на естественном основании, свайных и др.) были единые принципы оптимизации. Материалы для проектирования, разрабо- танные для фундаментов промышленных зда- ний и сооружений массового применения, по- зволяют с помощью графиков, таблиц и кон- структивных элементов фундаментов опреде- лить расходы материалов, минуя стадию разработки чертежей, что дает возможность сократить процесс вариантного проектирова- ния. Стоимостные показатели определяются дополнительно. Для промышленных зданий массового при- менения с железобетонными колоннами (одно- и многоэтажных) разработаны укрупненные сметные нормы на столбчатые фундаменты на естественном основании и фундаменты из за- бивных свай. Эти нормы построены таким об- разом, что по конструктивным характеристи- кам здания, природно-климатическому району строительства, данным о расчетном сопротив- лении грунтов основания, глубине заложения подошвы для столбчатых фундаментов и пара- метрам свай (площади сечения, длине, расчет- ной нагрузке) для свайных фундаментов мож- но получить данные о стоимости, материало- емкости и трудоемкости их устройства, минуя стадию разработки чертежей. Для жилых домов массового применения, возводимых по типовым проектам, разработа- ны прейскуранты, позволяющие по данным о расчетном сопротивлении грунтов основания, глубине заложения подошвы для ленточных фундаментов и параметрам свай (площади се- чения, длине и расчетной нагрузке) для свай- ных фундаментов получить данные о стоимо- сти и материалоемкости фундаментов, минуя стадию разработки чертежей. Для свайных фундаментов разработан ме- тод определения эффективности конструк- тивного решения в зависимости от степени использования прочности материала сваи и грунтов основания, а также удельного расхода, материалов (в расчете на единицу действую- щей нагрузки — вертикальной или горизон- тальной) [14]. Согласно этой методике, рациональность конструкции свайных фундаментов определи-' ется по значению коэффициентов К™ (отно- шение расчетной нагрузки на сваю по грунту к расчетной нагрузке на сваю по прочности материала), К/ (отношение фактической на- грузки на сваю от здания к расчетной нагруз- ке по грунту) и удельных расходов материа- лов. Чем выше коэффициенты Кт и Kf и чем меньше удельные расходы материалов, тем экономичнее конструкция свайного фундамен- та. Использование этой методики позволяет на отдельных этапах разработки проекта свай- ного фундамента (выбор свай, свайной груп- пы, проектирование ростверка) исключать заве- домо нерациональные варианты, минуя стадию разработки чертежей. Указанные характеристики отражают тех- нический уровень проектного решения и по- этому называются показателями технического уровня. Эти показатели могут быть использо- ваны только для предварительной оценки рас- сматриваемых вариантов свайных фундамен- тов и уточняются впоследствии определением приведенных затрат. Следует иметь в виду, что выполнение оценок целесообразности того или иного типа фундаментов следует производить, как пра- вило, для здания или сооружения в целом. Нельзя судить о преимуществе конструкции фундамента, например, по анализу технико-
3.9. Удельные показатели стоимости и трудоемкости работ 37 ТАБЛИЦА 3.4. УДЕЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТОИМОСТИ И ТРУДОЕМКОСТИ ОСНОВНЫХ ВИДОВ РАБОТ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ФУНДАМЕНТОВ Наименование работ Стои- мость, руб. Трудоем- кость, чел. -ди. Разработка грунтов глуби- ной до 3 м: песчаных ....... 1,8 0,23 ГЛИНИСТЫХ 2 0,28 влажных 2,3 0,32 Устройство подготовки под фундаменты: песчаной 4,8 0,11 щебеночно-гравийной . . 11,5 0,13 бетонной 23,7 0,58 Устройство монолитных же- лезобетонных фундаментов и ростверков из бетона мар- ки М 200: столбчатых 29,6 0,72 ленточных 26,1 0,38 Устройство сборных железо- бетонных фундаментов из бетона марки М 200 . . . 59,2 0,55 Устройство ленточных фун- даментов и стен подвалов из сборных бетонных бло- ков марки М100 ..... 53 0,42 Погружение железобетон- ных свай из бетона марки М 300 в грунты I группы: длиной до 12 м . . . 85,2 0,89 ....» до In М . . . 93,8 1,41 составных длиной до 20 м 105,3 1,46 Погружение железобетон- ных свай из батона марки М 300 в грунты II группы: длиной до 12 м . . . 90,3 1,05 » до 16 м . . - 103,7 1,68 составных длиной до 20 м ........ . 111,2 1,6 Бурение лидерных скважин в грунтах: I группы . о . . . 1,85 0,09 II группы . .... 2,15 0,11 Устройство буронабивных железобетонных свай из бе- тона марки М 200 без уши- рения диаметром мм: 58,3 1,32 до 630 . ..... 90,8 1,97 » 720 . ...... 54 1,02 84,8 1,41 53,7 0,91 » 820 . ...... 82,4 1,25 » 1020 . ...... 50 0,76 74,3 1,04 Устройство буронабивных железобетонных свай из бе- тона марки М 200 с ушире- 87,6 2,36 нием ...» 125,8 2,56 Устройство набивных свай из бетона марки М 200 с уплотнением скважин (в де- ле) : пробивкой 45,0 1,12 вытрамбовыванием . . 37,2 1,32 Примечания: 1. Показатели го всем видам работ (за исключением бурения лидерных скважин) даны- на 1 м3, а по бурению лидерных скважин — на 1 м. 2. Над чертой даны значения для связных грун- тов, под чертой — для несвязных. 3. Показатели по земляным работам учитывают транспортировку, обратную засыпку и уплотнение грунта. экономических показателей, полученных для одного фундамента, так как оптимальное реше-: ние для этого фундамента может не отражать оптимальность решения различных фундамен- тов, имеющихся в здании. Нельзя также судить об оптимальности конструкций свайных, фун- даментов из свай различных видов по технико- экономическим показателям, получаемым для одиночных свай. 3.9. УДЕЛЬНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ СТОИМОСТИ И ТРУДОЕМКОСТИ ОСНОВНЫХ ВИДОВ РАБОТ ПРИ УСТРОЙСТВЕ .ФУНДАМЕНТОВ Для предварительных оценок технико-эко- номических показателей фундаментов различ- ных видов в табл. 3.4 приведены удельные по- казатели стоимости и трудоемкости основных видов работ при устройстве фундаментов. В приведенных показателях накладные расходы, дополнительные затраты на производство ра- бот в зимнее время и плановые накопления не учтены. Для железобетонных конструкций стои- мость арматуры в расценках не учтена и при-' ннмать ее следует по цене, руб/т: для стали класса A-I и A-II....................... 0,22 » » » А-Ш............................ 0,24 » » » В-1............................ 0,31 » » » В-2....................... . 0,42 ТАБЛИЦА 3.5. УДЕЛЬНЫЕ В РАСЧЕТЕ НА 1 и2 ПЛОЩАДИ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПО ВАРИАНТАМ ФУНДАМЕНТОВ' Фундаменты Показатели столбчатые на естествен- ном основании с отметкой заложения из забивных свай сечением 30 х ХЗО см, длиной и с расчетной нагрузкой соот- ветственно подошвы “4,05 10 м и 0,4 МН 16 м н 0,8 МН Приведенные за- траты, руб. . . Себестоимость, руб Капитальные вло- жения в базу строительства, руб/год . . . 8,3 7,1 10,4 10,9 9,3 13,3 8,2 6,9 10,8 Затраты труда, чел.-дн.: всего . . . в том числе на возведение 0,32 0,15 0,41 0,23 0,3 0,17 Расход материа- лов: бетона, м3 цемента, кг стали, кг условного топ- лива, кг » . 0,15 32,7 5,1 22,3 0,12 36,7 7,2 27 0,08 24 7,6 18,1
38 Глава 3. Общие принципы выбора типа оснований и фундаментов Для железобетонных конструкций, отлича- ющихся от марок, приведенных в табл. 3.4, при- меняется надбавка или скидка в размере 1 руб. за каждые 50 ед. изменения марок. Затраты труда даны только для строи- тельной площадки. Затраты труда на изготовление 1 м1 2 3 4 5 6 7 8 кон- струкций, изделий и полуфабрикатов и их транспортирование (с учетом вспомогательных рабочих) имеют следующие показатели, чел.-дн.: Сборные железобетонные фундаменты . ь 2,5 Блоки стен подвалов ...................... 1,95 Сваи забивные............................ 3,55 Сваи-колонны . ...................... 5,15 Бетонная смесь...................... 0,55 Арматурные изделия для монолитных конст- рукций ....................... .......... 9,75 Пример сравнительной цепки столбчатых и свай- ных фундаментов промышленного здания. Исходные данные: 1) одноэтажное промышленное здание размером в плане 144X145 м, высотой 18 м; несущие конструк- ции — железобетонные колонны; шаг колонн 6 и 12 м соответственно по иаружым и внутренним рядам; пролет 24 м; нагрузки на фундаменты колонн соот- ветственно наружных и внутренних рядов составля- ют: нормальные силы 2,8 и 4,75 МН, изгибающие моменты 1,52 и 1,48 МН-м, поперечные силы 0,01 и 0,006 МН; район строительства — Московская обл.; 2) грунтами оснований столбчатых фундаментов служат грунты с условным расчетным давлением 0,2 МПа, залегающие на глубине 4 м; выше залега- ют слабые ненормируемые грунты; для свай сечени- ем 30X30 см, длиной 10 м грунты основания позво- ляют обеспечивать расчетную вдавливающую нагруз- ку 0,4 МН, длиной 16 м — 0,8 МН. Требуется выбрать наиболее экономичную конст- рукцию фундаментов. В результате проработки вариантов фундаментов определены технико-экономические показатели, зна- чения которых приведены в табл. 3.5. Как видно из этой таблицы, наиболее экономичным вариантом яв- ляются фундаменты из свай сечением 30X30 см, дли- ной 16 м с расчетной нагрузкой 0,8 МН. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1, Инструкция по определению экономической эффективности капитальных вложений в строитель- стве. СН 423-71.—М.: Стройиздат, 1971. — 112 с. 2. Методические рекомендации по экономической оценке архитектурно-строительных решений промыш- ленных зданий и сооружений. — М.: изд. ЦНИИпро- ЦННИпромзданий Госстроя СССР, 1984 — 182 с. 3. Руководство по выбору проектных решений бурдаментео. — М.: Стройиздат, 1984.— 243 с. 4. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02,01-83. — М.: Строй- издат, 1984. 5. Строительные нормы и правила. Основания н фундаменты. СНиП 3.02.01-83.—М.: Стройиздат, 1983. 6. Строительные нормы и правила. Свайные фун- даменты. СНиП 11-17-77.—М.: Стройиздат, 1977. 7. Технические правила по экономному расходо- ванию основных строительных материалов. ТП 101-81.—М,: Стройиздат, 1981. 8. Укрупненные сметные норы. Здания п сооруже- ния промышленного назначения. Сб. № 1-1.И. Моно- литные железобетонные фундаменты под каркасы гражданских зданий и зданий административно-быто- вого назначения промышленных предприятий, — М.: Стройиздат, 1977. 9. Укрупненные сметные нормы. Здания и соору- жения промышленного назначения. Сб. № 1-1.Н. Свайные фундаменты многоэтажных промышленных зданий с железобетонным каркасом.—М.: Стройиз- дат, 1978. 10, Укрупненные сметные нормы. Производствен- ные здания и сооружения общего назначения. Сб. 1-1.М. Свайные фундаменты одноэтажных промыш- ленных зданий с железобетонным каркасом.—М.: Стройиздат, 1976. И. Укрупненные сметные нормы. Здания и соору- жения промышленного назначения. Сб. № 1-22.2, вып. 1. Фундаменты. — М.: Стройиздат, 1982. 12. Укрупненные сметные нормы. Здания и соо- ружения промышленного назначения. Сб. № I-1-B. Фундаменты многоэтажных промышленных зданий с железобетонным каркасом.—М.: Стройиздат, 1974. 13. Укрупненные сметные нормы. Здания и соору- жения промышленного назначения. Сб. 1-1.Б. Фунда- менты одноэтажных промышленных зданий с железо- бетонным каркасом.—М.: Стройиздат, 1973. 14. Ханин Р. Е., Альперович Л. К. Рекомендации по определению оптимальных решений свайных фун- даментов. — М.: изд. ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1981, — 66 с.
Глава 4. КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ 4.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Фундаментом называется часть здания или сооружения, преимущественно подземная, которая воспринимает нагрузки от сооружения и передает их на естественное или искусствен- ное основание, сложенное грунтами. Фундаменты могут быть мелкого и глу- бокого заложения. Отличительные особенности фундаментов мелкого заложения заключают- ся в следующем: нагрузка на основание передается преиму- щественно через подошву фундамента; соотношение размеров (высоты hf и ши- рины Ь) не превышает 4, что позволяет рас- сматривать такие фундаменты как жесткие конструкции; при их повороте в работу вклю- чается боковая поверхность фундамента; фундаменты устраивают в отрытых котло- ванах иля в полостях заданной формы, созда- ваемых в массиве грунта. Фундаменты мелкого заложения могут применяться для любых сооружений и в лю- бых инженерно-геологических условиях. Тип фундамента — мелкого или глубоко- го заложения, так же как и его конструкция, определяется на основе технико-экономическо- го сравнения вариантов с учетом инженерно- геологических условий площадки, вида соору- жении, размера и характера нагрузок, произ- водственных возможностей строительной организации. Фундаменты могут выполняться в моно- литном варианте непосредственно в котловане или в сборном варианте из заранее изготов- ленных на заводе элементов. Верхняя плоскость фундамента, на кото- Рис. 4.1. Схемы фундаментов а — отдельного; б — ленточного; / — фундамент; 2— колонна; 3 — стена рую опираются надземные конструкции, назы- вается обрезом, а нижняя плоскость, соприка- сающаяся с основанием, — подошвой (рис. 4.1). За ширину фундамента принимают наи- меньший размер подошвы b, а за длину — наибольший ее размер I [1]. Высота фунда- мента hf есть расстояние от подошвы до обре- за. Расстояние от поверхности планировки до подошвы фундамента является глубиной зало- жения d. В железобетонных фундаментах ниж- няя плоская или ступенчатая часть называется плитной, а верхняя — фундаментной стеной' у ленточных фундаментов или подколенником у столбчатых фундаментов. Пространство в верхней части подколенников, служащее для установки колонны, называется стаканом. В отдельных случаях надземная стена или колон- на сооружения могут опираться непосредст- венно на плитную часть. Ширина фундаментов по обрезу принимается, как правило, больше толщины стены, а ширина подошвы определя- ется расчетом. Глубина заложения назначает- ся по конструктивным соображениям, а также исходя из условий промерзания или наплас- тования грунта с учетом расположения уров- ня подземных вод. Фундаменты могут быть жесткими, в ниж- ней части которых не возникает растягиваю- щих напряжений, и гибкими, в плитной части которых возникают деформации изгиба, что требует применения арматуры. 4.2. МАТЕРИАЛЫ ФУНДАМЕНТОВ Материалы фундаментов выбираются в соответствии с материалами основных конст- рукций сооружения. Кроме прочности матери- ал фундаментов должен обладать необходимой морозостойкостью. В качестве материала фун- даментов применяются железобетон, бетон, ка- менные материалы (кирпич, бут, блоки из при- родных камней). В отдельных случаях возмож- но использование облегченных и легких бето- нов, цементогрунта. Сборные элементы изготовляются из железобетона и бетона, в том числе и на силикатных вяжущих материа- лах, а также из цементогрунта и кирпича. Армируют фундаменты горячекатаной ар- матурной сталью класса А-Ш и обыкновенной арматурной проволокой диаметром 3—5 мм класса Вр-I и В-П [2]. Допускается примене- ние для поперечной конструктивной и монтаж- ной арматуры горячекатаной арматурной ста- ли класса А-I и А-П, а также проволоки клас- са В-П диаметром 6—8 мм в сварных сетках и каркасах. Для монтажных петель сборных
40 Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения элементов применяется горячекатаная арма- турная сталь A-I или А-П. Если монтаж кон- струкций происходит при температуре ниже минус 40 °C, для монтажных петель не допус- кается применение стали марки ВСтЗсп2. За нормативные сопротивления арматуры Rsk принимаются наименьшие контролируемые значения предела текучести, физического или условного: для стержневой арматуры — рав- ного напряжениям, соответствующим остаточ- ному относительному удлинению 0,2 %, а для проволочной арматуры — равного 0,75 вре- менного сопротивления разрыву. Указанные контролируемые, характеристики арматуры при- Т АБЛ ИЦА 4.1. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРМАТУРЫ ДЛЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ПЕРВОЙ ГРУППЫ нимаются в соответствии с государственными стандартами на арматурные стали и гаранти- руются с вероятностью не менее 0,95. Расчетные сопротивления арматуры при расчете конструкций по предельным состоя- ниям первой группы приведены в табл. 4.1, а расчетные сопротивления при расчете по пре- дельным состояниям второй группы — в табл. 4.2. Виды материалов назначаются из расчета их на прочность. Минимальные марки матери- алов по прочности на осевое сжатие для фун- даментов должны быть не ниже приведенных в табл. 4.3. Минимальные марки растворов по ТАБЛИЦА 4.2. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ АРМАТУРЫ ДЛЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ВТОРОЙ ГРУППЫ Расчетные сопротивления арматуры, МПа Расчетные сопротивления арматуры, МПа растяжению Стержневая арматура растяжению Стержневая арматура A-I А-П 225 280 180 225 225 280 A-I А-П 235 295 190 235 235 295 А-III диаметром, A-III диаметром, мм: 6—8 355 285 355 6—8 380 305 380 10—40 365 29 5 365 10—чО 390 315 390 Вр-I диаметром, Вр-I диаметром, ым: мм: 3 375 305 375 3 410 335 410 4 • 365 295 365 4 400 325 400 5 360 290 360 5 385 320 395 З-П диаметром, В-П диаметром, ММ: мм: 3 1250 990 390 3 1500 1190 1500 4 1200 940 390 - 4 1440 1355 1440 5 1100 88 о 390 5 1320 1055 1320 6 1050 830 390 6 1260 995 1260 7 980 785 390 7 1175 942 1175 ТА Б Л Г Ц А 4.3. МАРКИ МАТЕРИАЛА ФУНДАМЕНТОВ Минимальные марки для сооружений класса I 1 11 1 III /У1атериал Грунт а б в а б 9 а б в Бетон: тяжелый 100 100 150 75 75 100 5С 50 75 на пористых заполнителях . » 100 100 — 100 100 — 75 75 — Силикатная масса — — — 100 151 — 7Е 100 —. Природные камни 150 150 200 100 150 200 7Б 100 150 Кирпич 150 150 — 100 150 — 7Е 100 150 Цементогрунт . . — — — 100 150 — 7Е 100 100 Условные обозначен ИЯ г РУН т о в: а — крупнообломочные и песчаные маловлажные, супеси твердые, суглинки и глины твердые; б - - крупнообломочные и песчаные влажные, супесн пластичные, су- глинки н глины тугопластичные и мягкопластичные; в - - крупнообломочные и песчаные, насыщенные водой, супеси текучие, суглинки и глины текучепластичные и текучие.
4.2. Материалы фундаментов 41 пределу прочности на сжатие для кладки фун- даментов следует принимать не ниже приве- денных в табл. 4.4 [3]. При устройстве железобетонных монолит- ных и сборных фундаментов должен приме- няться бетон марки не ниже Ml50. ТАБЛИЦА 4.4. МАРКИ РАСТВОРОВ Раствор Грунт Минимальная марка для сооружений класса I II III Цементный а 25 10 10 б 50 25 10 в 75 50 25 Цементно-извест- а 25 10 10 ковыи б 50 25 25 в 100 75 50 Цементно-глинистый а 25 10 10 б 50 25 25 в 100 75 50 Примечание. Условные обозначения грунтов те же, что и в табл. 4.3. Для изготовления пустотелых фундамент- ных стеновых блоков, а также бутобетонных блоков применяются материалы, марки кото- рых по прочности на осевое сжатие должны быть не менее указанных в табл. 4.5. Проектная марка бетона по прочности на сжатие назначается по прочности на осевое сжатие (кубиковая прочность). Минимальные проектные марки бетона по морозостойкости принимаются по табл. 4.6. Проектная марка бетона и камней по мо- розостойкости принимается по числу выдер- живаемых циклов попеременного заморажива- ния и оттаивания образцов. Марки бетонов, камней и растворов по прочности и морозо- стойкости определяются по методике, установ- ленной государственными стандартами. Воз- раст бетона и раствора, отвечающий его про- ектной марке, принимается, как правило, рав- ным 28 дням. Расчетные сопротивления бетонов в зави- симости от их проектных марок по прочности ТАБЛИЦА 4.5. МАРКИ БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ Блоки Минимальная марка для сооружений класса 1 1 I' III Грунт а б в а б в а б в Пустотелые: из тяжелого бетона 150 — 100 — — 75 100 — из бетона на пористых запол- иителях 150 — 150 — —— 100 100 из силикатной массы .... — — — 150 — ' 100 100 —• Бутобетонные с бутовым камнем: марки 200 и выше 75 75 100 50 50 75 50 50 7,5 марки 150—200 100. 100 150 75 75 100 150 50 • 75 марки 75—150 150 150 . 200 100 100 150 75 75 100 Бутобетонные на щебне из хорошо обожженного кирпича марки 100 и выше 150 150 200 100 100 150 75 75 100 Примечание. Условные обозначения грунтов те же, что и в табл. 4.3. ТАБЛИЦА 4.6. МАРКИ БЕТОНА ПО МОРОЗОСТОЙКОСТИ Расчетная зимняя температура наружного воздуха t, град Минимальная марка для сооружений класса I И 1 111 Грунт а б в а б в а б в t<—40 75 50 100 75 150 100 50 35 75 50 100 75 35* 25 50 35 70 50 9Q 50 75 100 35 50 75 25* 35 50 35 50 75 25 35 50 15 25 35 —20 ^/<—5 35* 50 75 25 35 50 — 25* 35* 25 35 50 15 25 35 10 15 25 25* 35* 50 — 25 35 — — 25* 15 25 35 10 15 25 10 10 15 Примечания: 1. Звездочкой отмечены марки, которые для тяжелого бетона не нормируются. 2. Знак «тире» обозначает, что марки не нормируются. 3. Над чертой даны требуемые марки для бетона, цементного грунта и искусственных камней; под чер- той — для природных камней. 4. Условные обозначения грунтов те же, что и в табл. 4.3.
42 Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 4.7. РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ БЕТОНА ДЛЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ПЕРВОЙ ГРУППЫ Сопротивление Бетон Значение сопротивления, МПа, при проектной марке бетона по прочности на сжатие М 50 М 75 М 100 М 150 М 200 М 250 М 300 М 350 М 400 М 450 М 500 Сжатие осевое (призменная прочность) Rb Тяжелый На пористых за- полнителях 2,3 2,3 3,5 3,5 4,5 4,5 7 7 9 9 И 11 13,5 13,5 15,5 15,5 17,5 17,5 19,5 21,5 Растяжение осе- вое RM Тяжелый 0,28 0,38 0,48 0,63 0,75 0,88 1 1,1 1,2 1,28 1,35 ТАБЛИЦА 4.8. НОРМАТИВНОЕ И РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ БЕТОНА ДЛЯ ПРЕДЕЛЬНЫХ СОСТОЯНИЙ ВТОРОЙ ГРУППЫ Сопротивление Бетон Значение сопротивления, МПа, при проектной марке бетона по прочности на сжатие М 50 М 75 М 100 М 150 М 200 М 250 М 300 М 350 М 400 М 450 М 500 Сжатие осевое Тяжелый 3 4,5 6 8,5 11,5 14,5 17 20 22,5 25,5 28 (призменная прочность) Rbser На пористых за- полнителях 3 4,5 6 8,5 11,5 14,5 17 20 22,5 —— — Растяжение осе- вое Rbt,ser Тяжелый 0,42 0,58 0,72 0,95 1,15 1,3 1,5 1,65 1,8 1,9 2 Примечание. Сопротивления, приведенные том условий работы бетона mb~i, за исключением нагрузка при расчете по образованию трещин. в настоящей таблице, вводятся в расчет с коэффициен- случаев, когда действует многократно повторяющаяся ТАБЛИЦА 4.9. КОЭФФИЦИЕНТЫ УСЛОВИИ РАБОТЫ Факторы и конструкции, обусловливающие введение коэффициентов условий работы 1. Длительность действия нагрузки: а) при учете постоянных, дли- тельных и кратковременных на- грузок, кроме нагрузок, суммар- ная длительность которых ма- ла (например, крановые нагруз- ки; нагрузки от транспортных средств; ветровые нагрузки; нагрузки, возникающие при из- готовлении, транспортировании и возведении конструкций), а также при учете особых нагру- зок, вызванных деформациями просадочных, набухающих, веч- номерзлых и тому подобных грунтов; для тяжелого бетона, бето- на на пористых заполните- лях естественного твердения и подвергнутого тепловой об- работке, если конструкция эксплуатируется в услови- ' ях, благоприятных для на- растания прочности бетона (твердение под водой, во влажном грунте или при влажности воздуха окружа- ющей среды выше 75 %) в остальных случаях . . . - б) при учете в рассматриваемом сочетании кратковременных на- грузок, суммарная длитель- ность действия которых мала; для всех видов бетонов . . . 2. Бетонирование г вертикальном положении при высоте бетонирова- ния более 1,5 м-................. 3. Бетонные конструкции .... 1,0 0,85 1,1 П7 ba 0,85 0,9 на сжатие приведены для предельных состоя- ний первой и второй группы соответственно в табл. 4.7 и 4.8. Расчетные сопротивления бе- тона для предельных состояний первой группы, приведенные в табл. 4.7, вводятся в расчет с коэффициентом условий работы согласно табл. 4.9. Расчетные сопротивления кладки приведены в табл. 4.10—4.16. Расчетные со- противления кладки из крупных блоков и кам- ней, изготовленных из тяжелых бетонов и ТАБЛИЦА 4.10. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЖАТИЮ КЛАДКИ ИЗ КИРПИЧА ВСЕХ ВИДОВ ПРИ ВЫСОТЕ РЯДА КЛАДКИ 50—150 мм НА ТЯЖЕЛЫХ РАСТВОРАХ Примечание. К расчетным сопротивлениям сжатию следует применять коэффициенты: при при- менении жестких цементных растворов (без добавок глины пли извести), легких растворов и известковых растворов в возрасте до 3 мес. — 0,85; цементных рас- творов (без извести или глины) с органическими пластификаторами — 0,9,
4.2. Материалы фундаментов 43 ТАБЛИЦА 4.11. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЖАТИЮ КЛАДКИ ИЗ КРУПНЫХ СПЛОШНЫХ БЛОКОВ И БЛОКОВ ИЗ ПРИРОДНОГО КАМНЯ ПИЛЕНЫХ ИЛИ ЧИСТОЙ ТЕСКИ ПРИ ВЫСОТЕ РЯДА КЛАДКИ 500—1000 мм Марка бетона или камня Ргсчетные сопротивления, МПа при марке раствора при прочнос- ти раствора, равной нулю 1 100 75 50 25 10 500 10,3 10,1 9,8 9,3 8,7 6,3 400 8,7 8,4 8,2 7,7 7,4 5,3 300 6,9 6,7 6,5 6,2 5,7 4,4 250 6,1 5,9 5,7 5,4 4,9 3,8 200 5,0 4,9 4,7 4,3 4,0 3,0 150 4,2 4,1 3,9 3,7 3,4 2,4 100 3,1 2,9 2,7 2,6 2,4 1,7 75 2,3 2,2 2,1 2,0 1.8 1,3 ТАБЛИЦА 4.12. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЖАТИЮ КЛАДКИ ИЗ СПЛОШНЫХ БЕТОННЫХ КАМНЕЙ И ПРИРОДНЫХ КАМНЕЙ ПИЛЕНЫХ ИЛИ ЧИСТОЙ ТЕСКИ ПРИ ВЫСОТЕ РЯДА КЛАДКИ 200—300 мм Марка камня Расчетные сопротивления, МПа при марке раствора при проч- ности раствора, МПа 200 150 100 75 50 25 10 0,2 0 500 7,8 7,3 6,9 6,7 6,4 6,0 5,3 4,6 4,3 400 6,5 6,0 5,8 5,5 5,3 5,0 4,5 3,8 3,5 300 5,8 4,9 4,7 4,5 4,3 4,0 3,7 3,1 2,8 200 4,0 3,8 3,6 3,5 3,3 3,0 2,8 2,3 2,0 150 3,3 3,1 2,9 2,8 2,6 2,4 2,2 1,8 1,5 100 2,5 2,5 2,3 2,2 2,0 1,8 1,7 1,3 1,0 75 1,9 1,8 1,7 1,5 1,4 1,1 0,8 50 — — 1,5 1,4 1,3 1,2 1,0 0,8 0,6 природного камня плотностью более 1800 кг/м3, принимаются с коэффициентом 1,1; из крупных пустотелых бетонных блоков раз- личных типов по экспериментальным данным. При отсутствии таких данных расчетные со- противления , допускается принимать по табл. 4.11 с коэффициентом 0,9 при пустотности 5 %; 0,5 при пустотности 25 % и 0,25 при пус- тотности 45 %- ТАБЛИЦА 4.13. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЖАТИЮ КЛАДКИ ИЗ ПУСТОТЕЛЫХ БЕТОННЫХ КАМНЕЙ ПРИ ВЫСОТЕ РЯДА КЛАДКИ 200-300 мм ( Марка камня Расчетные сопротивления, МПа при марке раствора при прочности раствора, МПа 100 75 50 25 10 0,2 0 100 75 50 2,0 1,6 1,2 1,7 1,5 1,15 1.7 1,4 1,1 1,6 1,3 1,0 1,4 1,1 0,9 1,1 0,9 0,7 0,9 0,7 0,5 ТАБЛИЦА 4.14. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОСЕВОМУ РАСТЯЖЕНИЮ .И СРЕЗУ КЛАДКИ ИЗ СПЛОШНЫХ КАМНЕЙ Напряженное состояние Расчетное сопротив- ление. МПа, при марке раствора 50 25 10 Осевое растяжение по пере- вязанному сечению R^: для кладки камней пра- вильной формы . . . 0,16 0,11 0,05 для бутовой кладки 0,12 9,08 0,04 Срез по сечению 7? (.д- неперевязаннсму для кладки всех видов (ка- сательное сцепление) 0,16 0,11 0,05 перевязанному для буто- вой кладки 0,24 0,16 0,08 ТАБЛИЦА 4.15. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЖАТИЮ БУТОБЕТОНА (НЕВИБРИРОВАННОГО) Марка рваного бута Расчетные сопротивления, МПа, при марке бетона 200 150 100 75 50 200 и выше 100 50 4,0 3,5 3,0 2,5 2,2 2,0 2,0 1,8 1,7 Примечание. При вибрировании бутобетона расчетные сопротивления сжатию следует принимать с коэффициентом 1,15. Основными конструкционными материала- ми фундаментов являются железобетон и бе- тон, которые можно применять при устройст- ве всех видов монолитных и сборных фунда- ментов в различных инженерно-геологических условиях. При наличии агрессивных подзем- ных вод следует применять цементы соответ- ствующих видов или устраивать поверхност- ТАБЛИЦА 4.16. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ СЖАТИЮ БУТОВОЙ КЛАДКИ ИЗ РВАНОГО БУТА Марка камня Расчетные сопротивления, МПа при марке раствора при прочности раствора, МПа 100 75 50 25 10 0,2 0 600 2,0 1,7 1,4 0,9 0,65 0,3 0,2 500 1,8 1,5 1,3 0,85 0,6 2,7 0,18 400 1,5 1,3 1,1 0,8 0,55 0,23 0,15 300 1,3 1,1 0,95 0,7 0,5 0,2 0,12 200 1,1 1,0 0,8 0,6 0,45 0,18 0,08 150 0,9 0,8 0,7 0,55 0,4 0,17 0,07 100 0,75 0,7 0,6 0,5 0,35 0,15 0,05 Примечания: 1. Для кладки из постелистого бутового камня расчетные сопротивления, приведен- ные в таблице, следует умножать на коэффициент 1,5. 2. Расчетное сопротивление бутовой кладки фун- даментов, засыпанных со всех сторон грунтом, до- пускается повышать: при кладке с последующей за- сыпкой пазух котлована грунтом — иа 0.1 МПа: при кладке в траншеях в распор с нетронутым грунтом, а также при надстройках — на 0,2 МПа.
44 Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения ную гидроизоляцию. Фундаменты на основе силикатных матералов и цементогрунта при- меняются в конструкциях, работающих на сжатие, в фундаментах с уступами или с на- клонными гранями при отсутствии агрессив- ных подземных вод. Каменная кладка из кир- пича и бута предусматривается в конструкци- ях, работающих на сжатие, преимущественно для ленточных фундаментов и стен подвалов. Бутобетон и бетон рекомендуется применять при устройстве, фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бе- тонировании в распор со стенками. Допускает- ся применение бутовых, бутобетонных и бе- тонных фундаментов с уступами или с на- клонными гранями. Высота уступа для бетона принимается не менее 30 см, для бутобетона и бутовой кладки — 40 см. Для получения жестких фундаментов, ис- ключающих появление растягивающих напря- жений в нижней части, отношение высоты усту- па к его ширине hJCi, а также отношение вы- соты фундамента к его выносу должно быть не менее 1,5. Толщину стен из бутобетона следует принимать не менее 35 см, а из бу- та—50 см; размеры сечения столбов из буто- бетона — не менее 40 см, а из бута — 60 см. Применение дерева и металла допустимо при устройстве фундаментов временных зда- ний и сооружений. . 4.3. КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ 4.3.1. Столбчатые фундаменты под стены Столбчатые фундаменты под стены реко- мендуется устраивать при незначительных нагрузках от стены здания и в тех случаях, когда основанием служат грунты, имеющие высокие прочностные и деформационные ха- рактеристики. Фундаменты располагаются че- рез 3—6 м один от другого, в углах здания и в местах пересечения стен, а также на других участках, где передаются значительные на- Рис. 4.2. Столбчатый фундамент под стену 1 — надземная стена; 2 — фундаментная балка; 3 колонна; 4 — панели ограждения; 5 — фунда- мент стаканного типа; 6 — подготовка грузки. По обрезу фундаментов укладываются фундаментные балки, на которые опираются надземные конструкции. Фундаменты выполняются из сборных элементов (рис. 4.2) в виде столбов, возводи- мых из кирпича, бута, цементогрунта, бетона. Возможно применение фундаментов, устраи- ваемых в разбуриваемых или отрываемых в массиве грунта полостях, заполняемых врас- пор бетоном, цементогрунтом и др. 4.3.2. Ленточные и прерывистые фундаменты под стены Ленточные фундаменты могут быть моно- литными или из сборных блоков. Монолитные устраивают из бута, бутобетона, бетона, це- ментогрунта в виде жесткой конструкции ступенчатой формы, когда в поперечном на- правлении не возникают растягивающие на- Рис. 4.3. Многощелевой ленточный фундамент 1 — поверхность грунта; 2 — распределительная пли- та; 3 — надземная стена; 4 — бетонные пластины; 5 — перекрытие; 6 — пол подвала пряжения. При применении железобетона фундамент выполняется в виде нижней арми-' рованной ленты и неармированной фундамент- ной стены (см. рис. 4.1). Многощелевые ленточ- ные фундаменты включают два или более ря- да вертикальных пластин, на которые опира- ются надземные стены (рис. 4.3). В плане пластины представляют собой непрерывные ленты или отдельные элементы, устраиваемые на определенном расстоянии один от другого. ^Монолитные фундаменты могут применяться в любых грунтовых условиях. Сборные фундаменты состоят из ленты, собираемой из железобетонных плит, и стены, собираемой из бетонных блоков (рис. 4.4). Фундаментные железобетонные плиты изготав- ливаются сплошными или ребристыми. Номен- клатура типовых плит по серии 1.112-5 приве- дена в табл. 4.17. Номенклатура предусмат- ривает четыре группы, каждая из которых характеризуется наибольшим значением сред- него давления, передаваемого на основание,
4.3. Конструкции фундаментов .45 ТАБЛИЦА 4.17. ФУНДАМЕНТНЫЕ ПЛИТЫ Эскиз Марка плиты* Размеры, мм Объем бетона, м3 Масса, кг b 1 h ПЛИТЫ петель ФЛ32.12 ФЛ32.8 3200 1180 780 500 1,6 1,047 4000 2620 6,5 4,6 <4 / / У» -^/ Д । ФЛ28.12 ФЛ28.8 2800 1180 780 1,369 0,896 3420 2240 6,5 4,6 Ф Л 24.12 ФЛ24.8 2400 1180 780 1,138 0,745 2845 1865 4,6 3,2 ФЛ20.12 ФЛ20.8 2000 1180 780 0,975 0,638 2440 1595 4,6' 3,2 ФЛ16.24 ФЛ16.12 ФЛ16.8 1600 2380 1180 780 300 0,987 0,486 0,320 2470 1215 800 3,2 2,2 1,4 ФЛ14.24 ФЛ14.12 ФЛ14.8 1400 2380 1180 780 0,845 0,416 0,274 2110 1040 685 2,2 2,2 1,4 ФЛ12.24 ФЛ12.12 ФЛ12.8 1200 2380 1180 780 0,703 0,347 0,228 1760 870 570 2 *2 1’4 1,4 ФЛ 10.24 ФЛ10.12 ФЛ10.8 1000 2380 1180 780 0,608 0,3 0,197 1520 750 495 9 2 Г 4 1,4 ФЛ8.24 ФЛ8.12 800 2380 1180 0,557 0,274 1395 685 1,1 1,1 ФЛ6.24 ФЛ6.12 600 2380 1180 0,415 0,205 1040 515 1,1 0,7 * Марки плит в таблице указаны условно без обозначения их группы и относятся к изделиям всех групп. при соответствующем вылете консоли фунда- мента. Плиты первой группы соответствуют среднему расчетному сопротивлению основа- а) Рис. 4.4. Сборный ленточный фундамент а — для здания с подвалом; б — для здания без под- вала; 1 — поверхность грунта; 2 — бетонные блоки стен; 3 — фундаментные плиты ния (при коэффициенте надежности по на- грузке У/=1) R — 0,15 МПа, второй — R — = 0,25 МПа, третьей — 7? = 0,35 МПа и четвер- той— 7? —0,45 МПа. Марки плит обозначают- ся буквами ФЛ и числами, характеризую- щими ширину и длину плиты, разделенными точками. Цифра, отделенная дефисом, указы- вает группу по несущей способности при тол- щине опирающейся стены 160 мм. Например, ФЛ20.12-4 — плита шириной 2000 мм, длиной 1180 мм, для среднего давления на подошве 0,45 МПа. Расчетный момент для плит опре- делен по грани нагружающей стены, которая принята толщиной 160 мм (для крупнопанель- ных зданий). При увеличении . толщины на- гружающей стены, например до 300, 400 мм и более, расчетные размеры консолей умень- шаются и по условиям прочности плиты могут соответствовать большим значениям средних давлений на основание. Расчетная ‘нагрузка при определении несущей способности плит вычисляется умножением среднего давления р на усредненный коэффициент надежности по нагрузке \}f — 1,15 (применительно к жилым зда-
46 Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения ниям). В случае применения плит для зданий, имеющих больший коэффициент надежности у среднее давление по условиям прочности будет меньше на величину уДу'. Плиты запроектированы применительно к их расположению выше уровня подземных вод, что обусловлено предельным раскрытием тре- щин не более 0,3 мм. При наличии подземных вод ширина раскрытия трещин принимается менее 0,2 мм, что приводит к снижению сред- него давления по подошве на величину п= — 0,833 для плит с рабочей арматурой диа- метром более 8 мм. Плиты армируют одиночными сетками или плоскими арматурными блоками, соби- раемыми из двух сеток: верхней, имеющей маркировочный индекс К, и нижней — С. Ра- бочая арматура — стержневая горячекатаная периодического профиля из стали класса А-Ш и проволока периодического профиля из стали класса Вр-1. Распределительная арматура — гладкая арматурная проволока из стали клас- са В-1. При значительных нагрузках допускается применение ребристых железобетонных бло- ков (табл. 4.18), рассчитанных на среднее давление по подошве 0,3 МПа при толщине опираемой на них стены 40 см. Сечение арма- туры плитной части определяется из условия восприятия изгибающего момента, а армату- ры ребер — поперечной силы. Армирование плитной части осуществляется плоскими сетка- ми, а ребер жесткости — пространственными каркасами. Рабочая арматура — из стали класса А-Ш диаметром 10—25 мм. По усло- виям трещинообразования блоки рассчитаны на применение выше уровня подземных вод. В табл. 4.19 и 4.20 приведена номенклату- ра облегченных железобетонных плит с угло- выми вырезами, которые могут заменять ти- повые плиты с аналогичными внешними раз- мерами. Армирование плит осуществляется двумя сетками, имеющими разные размеры в плане. Плиты рассчитаны на среднее давление Рис. 4.5. Прерывистый фундамент 1 — поверхность грунта; 2 — бетонные блоки; 3— фундаментные плиты; 4 — промежутки между плита- ми, заполненные грунтом по подошве фундамента, равное 0,15; 0,2; 0,25; 0,35 и 0,40 МПа. Плиты разработаны для стен толщиной 18, 30 и 50 см. При несовпадении расчетной ширины фун- дамента с шириной железобетонной плиты следует применять прерывистые фундаменты, устраиваемые из железобетонных плит, укла- дываемых на расстоянии друг от друга (рис. 4.5). Фундаментные стены выполняются из сплошных ФБС или пустотелых ФБП блоков. Для укладки перемычек и пропуска коммуни- ТАБЛИЦА 4.18. РЕБРИСТЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ БЛОКИ Эскиз Марка блока Размеры, мм Марка бе- тона I Объем бе- тона м3 Масса блока, т Масса ста- ли , кг Вылет консоли (не бо- лее), мм Ъ h. Ф40-24 4000 2400 690 300 3,04 7,96 704 1800 Ф40-16 4000 1600 600 300 2,34 5,85 429 1800
ТАБЛИЦА 4.19. ПЛИТЫ С УГЛОВЫМИ ВЫРЕЗАМИ Эскиз Марка плиты Размеры, мм Марка бетона Объем бетона, м3 Масса плиты, т Масса стали, кг Расход стали на 1 м3 бе- тона, кг 1 h A-I A-III В-1 ИТОГО Ф20.24-253 21,19 32,70 j 18,17 Ф20.24-35в 2380 2000 500 300 1,80 4,50 8,60 '27,77 2,91 39,28 21,82 Ф20.24-45в 35,64 47,15 26,19 Ф24.24-25в 35,90 3,50 48,00 22,75 Ф24.24-35.В 2380 2400 500 300 2.И 5,28 8,60 48,48 3,59 60,58 28,71 Ф24.24-45в 65,93 4,27 78,80 37,34 Ф23.24-25в 56,70 72,06 28,48 Ф23.24-35в 2380 2800 500 300 2,53 6,32 11,28 82,34 4,08 97,70 38,62 Ф28.24-45в 109,95 125,31 49,53 Ф32.24-25в 98,31 5,70 125,29 36,18 Ф32.24-35в 2330 3200 500 ЗОЭ 2,91 7,27 11,28 125,91 4,66 141,85 48,74 4.3. Конструкции фундаментов
Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 4.20. РАЗМЕРЫ ПЛИТ С УГЛОВЫМИ ВЫРЕЗАМИ Эскиз Марка плиты Размеры, мм 1 b h С k а Ф20.24-25в Ф20.24-35в Ф20.24-45В 2380 2000 500 500 200 1800 Ф24.24-25в Ф24.24-35в Ф24.24-45в 2380 2400 500 700 200. 1800 Ф28.24-25в Ф28.24-35в Ф28.24-45В 2380 2800 500 700 200! 1800 Ф32.24-25в Ф32.24-35в 2380 3200 500 700 2001 1800 наций под потолками подвалов и технических подпольев применяются сплошные блоки с вырезом ФБВ. Внешние размеры блоков при- ведены в табл. 4.21. Блоки изготовляются из тяжелого бетона, керамзитобетона и плотного силикатного бетона. При малосжимаемых грунтах, а также при малой изменчивости сжимаемости основа- ния толщина фундаментных стен, в том числе и подвалов, принимается равной (или мень- шей) толщине надземных стен, но не менее 30 см. Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на 15 см. Для обеспечения пространственной жест- кости сборного фундамента предусматривает- ТАБЛИЦА 4.21. РАЗМЕРЫ СТЕНОВЫХ БЛОКОВ Блок Основные размеры, мм длина ширина высота 2380 300 400 500 600 580 ФБС J180 400 500 600 580 400 500 600 ‘280 880 . 300 400 500 600 580 ФБВ 880 400 500 580 600 ,ФБП 2380 400 500 580 600 Рис. 4.6. Перевязка наружных и внутренних стен а — блоками; б — арматурными сетками; 1 — поверх- ность грунта; 2 — арматурная сетка; 3 — надземная стена; 4 — бетонные блоки; 5 — ввод трубопровода; 6 — фундаментные плиты; 7 — монолитный бетон ся связь между продольными и поперечными стенами путем перевязки их фундаментными стеновыми блоками (рис. 4.6, а) или закладки в горизонтальные швы сеток из арматуры диа- метром 8—10 мм (рис. 4.6,6). В случае при- мыкания кирпичных стен к фундаментным сте- новым блокам сетки следует укладывать в каждом ряду блоков (рис. 4.7, а). Фундамент-
4.о. Конструкции фундаментов ные стеновые блоки укладываются с перевяз- кой вертикальных швов, глубина которой и принимается: при малосжимаемых грунтах (Е< <10 МПа) —не менее 0,4 высоты фундамент- ного стенового блока; Рис. 4.7. Примыкание кирпичной стены к стене из бетонных блоков (а) и устройство вводов (б) 1 — поверхность грунта; 2— кирпичная стена; 3 — арматурные сетки; 4 — фундаментные плиты; 5 — бе- тонные блоки при сильносжимаемых, просадочных за- соленных, насыпных и набухающих грунтах — не менее высоты фундаментного стенового блока. Для уменьшения числа типоразмеров фун- даментных стеновых блоков, а также для устройства вводов (рис. 4.7, б) оставляют про- емы длиной не более 0,6 м, которые при необ- ходимости заполняются кирпичом или бетоном. При этом лежащий выше блок должен пере- крывать проемы. В углах здания проемы не допускаются.^ В прерывистых фундаментах вертикальный шов между нижними фунда- ментными стеновыми блоками следует распо- лагать в пределах фундаментных плит. До- пускается располагать этот шов в промежут- ках между плитами при условии, что величи- на консоли фундаментного стенового блока не превышает 0,2 его длины. Переход одного участка фундамента к матриваются армированные швы или пояса поверх фундаментных плит или последнего ря- да стеновых блоков по всему периметру зда- ния с соблюдением следующих требований: армированный шов должен быть толщиной 3—5 см; для его устройства применяется це- ментный раствор не ниже марки раствора ос- новной кладки и не ниже М 50; армированный пояс следует выполнять из монолитного бетона или из сборных элемен- тов; высота пояса 10—15 см, бетон марки не ниже М 100; шов и пояс полагается армировать стерж- нями диаметром не менее 10 мм. При устройстве швов применяют плос- кие сетки, а поясов — пространственные кар- касы (ширина шва и пояса должна быть не менее 0,8 толщины^ стены) и располагают в одном уровне. При невозможности выполне- ния их на одном уровне..допускается их рас- полагать на разных отметках, но при .этом они должны перекрывать друг друга на длину не менее 50 диаметров рабочей арматуры и не менее двух расстояний между ними по вер- тикали. При устройстве над подвалом моно- литного перекрытия, имеющего глубину за- делки не менее 0,8 толщины фундаментной стены, армированный пояс не требуется. От поверхностных и подземных вод сте- ны защищают путем устройства отмосток и укладки горизонтальной гидроизоляции на уровне не ниже 5 см от поверхности отмостки и не выше 30 см от подготовки пола подвала. Внешняя поверхность подвальных стен загци- щается обмазочной изоляцией в один или в два слоя. 4.3.3. Отдельные фундаменты под колонны Основным типом фундаментов, устраива- емых под колонны, являются монолитные железобетонные фундаменты, включающие плитную часть ступенчатой формы и подко- ленник. Сопряжение сборных колонн с фун- даментом осуществляется с помощью стакана (см, - рис. 4.1, а), монолитных — соединением другому осуществляется уступами, отношение высоты к длине которых принимается не менее 1 : 2 при связных грунтах и 1 : 3 при песчаных грунтах. В сборных фундаментах высота ус- тупа принимается равной высоте фундамент- ного стенового блока или железобетонной пли- ты, которые при необходимости укладывают- ся на слой тощего бетона (см. рис. 4.6, я). При возведении сборных фундаментов на сильносжимаемых, просадочных и других структурно неустойчивых грунтах, а также при неравномерном напластовании слоев предус- А^-213 Рис. 4.8. Соединение колонн с фундаментом а — монолитной; б — стальной; 1 — арматурные сет- ки; 2 — анкерные болты
Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения арматуры колонн с выпусками из фундамента (рис. 4.8, а), стальных — креплением башмака колонны к анкерным болтам, забетонирован- ным в фундаменте (рис. 4.8,6). Размеры в плане подошвы (Ь, /), ступеней (£>i, 1\), под- коленника (/«с, Ьис) принимаются кратными 300 мм; высота ступеней (hi, hz)—кратной 150 мм; высота фундамента (hf)—кратной 300 мм, высота плитной части (h) — кратной 150 мм. Модульные размеры ющие: /г J , hn ч Pig ........................................... фундамента следу- 1500—12 000 300, 450, 600, 750, 900, 1050, 1200, 1500. 1800 300, 450, 600 1500—6600 1500—8400 1500—6000 900—2400 900—3600 1500—7500 ТАБЛИЦА 4.22. ВЫСОТА СТУПЕНЕЙ ФУНДАМЕНТОВ, мм Высота плитной части фундамента h, мм Й, h. К 300 300 — 450 450 — 600 300 300 — 750 300 450 — 900 300 300' 300 1050 300 300 450 1200 300 450 450 1500 450 450 600 - Высота ступеней принимается по табл. 4.22 в зависимости от высоты плитной части фундамента [1]. Вынос нижней ступени вы- числяется по формуле ci = khi, где k — коэф- фициент, принимаемый по табл. 4.23. Форма фундамента и подколенника в пла- не принимается: при центральной нагрузке — квадратной, размерами bxb и bucXbuc-, при внецентренной нагрузке — прямоугольной, раз- мерами bxl и Ьисх1иС; отношение Ь/1 составля- ет 0,6—0,85. Габариты фундаментов под типовые колон- ны прямоугольного сечения, например по сери- ям КЭ-01-49 и КЭ-01-55, для одноэтажных про- мышленных зданий принимаются по серии 1.412-1/77. Буквы в марках фундаментов обо- значают: Ф — фундамент; А, Б, В и АТ, ВТ и ТАБЛИЦА 4.23. КОЭФФИЦИЕНТ й Значения k при марке бетона Давление на грунт, МПа М 150 j М 200 | М 300 М 150 | М 200 М 300 М 150 М 200 I М 300 М 150 М 200 I М 300 * j "Г П ! А С I ф—^—4 гО юН 1 /у!, / L -А л jZLgJ | /К (А 1 . '' i 4 1 •-Г 0,15 0,2 0,25 0,3 0.35 0,4 0,45 0,5 0,55 Прим 3 3 3 3 2,8 3 2,6 2,7 2,4 2,5 2,3 2,4 2,2 2.3 е ч а н н 3 3 3 з 3 2,9 3 2,7 2,8 2,5 2,7 2,4 2,5 е. Над 3 3 3 3 3 3 3 3 2,8 3,8 чертой 3 3 3 3 2,7 2,9 2,5 2,7 2.3 2,5 2.2 2 3 2,1 2,2 указано 3 3 3 2,8 2,6 2,7 2,4 2,6 9 Ч 2,4 значение 3 3 3 3 3 3 3 3 2,7 2,9 без уче 3 3 3 2,7 2,8 О Л 4 2,6 2,3 2,4 2,1 2,2 2 2,1 1,9 2 та крано 3 3 3 3 2,7 2,9 2,5 2,3 2,5 2,2 . 2,3 2,1 ; 2,2 ЕЫХ И 1 3 3 3 U 3 3 2,8 3 2,6 2,8 2,5 2,6 зетровы? з 2,9 3 2,5 2,6 2,3_ 2,4 22. 2,2 2 1,9 1,8 1,7 нагрузо 3 3 2,8 3 2,5 2,6 2,4 2,1 2,2 2 2,1 1,9 2 1,8 3,9 к, под ч 3 3 3 3 2,7 2,9 2,5 2,6 2,3 2,5 - 2,2 2,3 2,1 2,2 ертой — с учетом этих нагрузок.
4.3. Конструкции фундаментов 51 ТАБЛИЦА 4.24. РАЗМЕРЫ ПОДКОЛОННОЙ ЧАСТИ ФУНДАМЕНТОВ Размеры колонн, мм Рядовой фундамент Фундамент под тем- пературный шов Размеры стака- нов, мм Объем стакана, м3 i с Ьс тип под- коленника размеры, мм тип под- коленника размеры мм hg Zg Ьё ^ис Ьис ^ис }:,ис 400 400 А 900 900 АТ 900 2100 800 900 500 500 0,22 0,25 500 500 1200 1200 БТ 2100 800 600 600 0,31 600 400 Б . 1200 900 700 500 0,34 600 500 800 700 600 0,41 800 400 1200 2100 900 900 500 0,44 800 500 В 1200 ВТ 1500 900 900 600 0,52 ВТ — тип подколенников для рядовых фунда- ментов и под температурные швы (табл. 4.24), а числа характеризуют типоразмер подошвы плитной части фундамента и его типоразмер по высоте. По высоте приняты следующие раз- меры: тип 1 — 1,5 м; тип 2—1,8 м; тип 3— 2,4 м; тип 4 — 3 м; тип 5 — 3,6 м и тип 6—4,2 м. В табл. 4.25 и 4.26 приводятся в качестве примера эскизы и размеры рядовых фундамен- тов и фундаментов под температурные швы. Эти фундаменты могут применяться при ра- счетном сопротивлении основания 0,15—• 0,6 МПа. Все размеры фундаментов приняты крат- ными 300 мм. Применяется бетон марок М 150 и М 200. Армирование осуществляется плоски- ми сварными сетками из арматуры классов A-I, Д-П и А-Ш. Защитный слой бетона при- ТАБЛИЦА 4.25. РАЗМЕРЫ РЯДОВЫХ ФУНДАМЕНТОВ Эскиз Марка фунда- мента Размеры, мм Объем бетона, м3 1 ъ 11 bl hi /z2 hf ппп ппп ФА6-1 ФА6-2 ФА6-3 ФА6-4 ФА6-5 ФА6-6 2400 2100 1500 1500 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 2,9 3,2 3,6 4,1 4,6 5,1 ФД7-1 ФА7-2 ФА7-3 1500 1800. 2400 3,2 3,3 4,0 = 1—г 1 1 LJ У 3^ Г 1 г 1 1 L J ФА7-4 ФА7-5 ФА7-6 2/IHJ 21U0 loUU 3000 3600 4200 4,5 4,9 5,4 1 1 |± 1.4й р О -г L ri ' !.M^I f——Й’ ФД8-1 ФА8-2 ФА8-3 ФА8-4 ФА8-5 ФА8-6 2700 2400 1800 1500 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 3,5 2,7 4,2 4,7 5,2 5,7 ФА9-1 ФА9-2 ФА9-3 ФА9-4 ФА9-5 ФА9-6 3000 2400 2100 1500 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 3,8 4,1 4,6 5,0 5,5 6,0
52 Глава 4. Конструкции, фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 4.26. РАЗМЕРЫ ФУНДАМЕНТОВ ПОД ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШВЫ Марка фундамента Размеры, мм Объем бетона, м3 Эскиз Ь 1 ftj hz ht foff 21Off - ФАТЗ-1 ФАТЗ-2 ФАТЗ-3 ФАТЗ-4 ФАТЗ-5 ФАТЗ-6 1800 2100 — 300 — 1500 1800 2400 3000 3600 4200 3,4 4,0 5,1 6,2 7,4 8,5 т~т и тТт-ггг иО т । j М-4 1 1 ФАТ6-1 ФАТ6-2 ФАТ6-3 ФАТ6-4 ФАТ6-5 ФАТ6-6 2400 2100 1500 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 4,2 4,7 5,9 7,0 8,1 9,3 <5 с" ’ Г 1 1 Т-ТТ“Г till 4r-J ^1 L_A_l Z- ФАТ7-1 ФАТ7-2 ФАТ7-3 ФАТ7-4 ФАТ7-5 ФА 17-6 2700 2100 1S00 1 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 4,5 5,1 6,2 7,4 8,5 9,6 j ъ Рис. 4,9. Фундамент с подбетонкой для опирания балок ? — фундамент; 2 — аодбетонка; 3 — ко- лонна нят толщиной 35 мм с одновременным устрой- ством подготовки толщиной 100 мм из бетона М 50. Для опирания фундаментных балок пре- дусмотрена подбетонка (рис. 4.9). Пример кон- структивного решения фундамента приведен на рис. 4.10. Габариты монолитных фундаментов под типовые колонны двухветвевого сечения, в частности для серии КЭ-01-52 одноэтажных промышленных зданий, принимаются по серии 1.412-2/77. Размеры подколонной части таких фундаментов приведены в табл, 4.27, Габариты плитной части имеют типоразмеры от 1 до 18, а также типоразмер 19, при котором размер подошвы составляет 6X5 м. По высоте фунда- Рис. 4.10. Фундамент стаканного типа под колонну 1—6 — арматурные сетки менты могут быть 1—6-го типа. Остальные па- раметры такие же, как и в серии 1.412-1/77. Железобетонные фундаменты под типовые колонны прямоугольного сечения, например по сериям ИИ-04, ИИ-20 и 1.420-6 для многоэтаж-
4.3. Конструкции фундаментов ТАБЛИЦА 4.27. ТИПЫ И РАЗМЕРЫ ПОДКОЛОК НИКОВ 6~Б 5 Размеры колонн, мм Рядовой фундамент Фундамент под тем- пературный шов Размеры стаканов, мм Объем стакана, м3 1с Ьс тип под- колен- ников разме; 1ис зы. мм Ьис ТИП подколен- ников разме ^ис эы, мм Ьис hg. lS bg 300 300 400 А 900 900 1200 АТ 900 2100 450 450 400 400 0,08 0,12 400 650 1050 500 500 0,18 0,29 600 400 Б 1200 БТ 1200 2100 650 1050 700 500 0,25 0,40 ных производственных зданий, принимаются по серии 1.412-3/79. Отличие в маркировке фунда- ментов по сравнению с другими сериями за- ключается в том, что после цифры, обозначаю- щей типоразмер подошвы, приводится высота плитной части. Размеры подколонной части фундамента приведены в табл. 4.27. Габариты плитной части включают типоразмеры от 1 до 18 и типоразмер 19 (с размером подошвы 5,4Х Х6 м). По высоте фундаменты могут быть 1— 6-го типа. Остальные параметры такие же, как и в серии 1.412-1/77. Монолитные железобетон- ные фундаменты под железобетонные типовые фахверковые колонны прямоугольного сечения, в частности по шифрам 460-75, 13-74 и 1142-77, принимаются по серии 1.412.1-4. Размеры фун- даментов приведены в табл. 4.28. Сопряжение колонны с фундаментом шарнирное.-Фунда- менты разработаны для давления 0,15— 0,6 МПа. Применяется бетон марки М 150. Ар- мирование осуществляется сварными сетками из арматуры классов A-I, А-П и А-Ш. Пример узла опирания колонны на фундамент дан на рис. 4.11. Под колонны зданий применяются сборные фундаменты из одного или нескольких элемен- тов. На рис. 4.12 приведены решения сборных фундаментов под колонны каркаса для много- этажных общественных и производственных зданий из элементов серии 1.020-1. Элементы фундамента типа Ф применяются на естествен- ном основании, типа ФС — для составных фун- даментов ’(табл. 4.29) . Толщина защитного слоя бетона нижней рабочей арматуры принимается 35 мм, а остальной арматуры — 30 мм. Глуби- Ряс. 4.12. Сборный фундамент под ко- лонну Рис. 4.11, Узел опи- рания колонны на фундамент 1 — закладное изде- лие колонны; 2— ан- кер; 3 — соединитель- ный элемент
54 Глава. 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения твЯгЦА 4.28. РАЗМЕРЫ ФУНДАМЕНТОВ ФАХВЕРКОВЫХ КОЛОНН Эскиз /Марка фундамента Размеры, мм Объем бетона, м3 1 h b bl с d hi h2 hf Ct di ФФ1-1 ФФ1-2 ФФ1-3 ФФ1-4 ФФ1-5 ФФ1-6 1500 1500 300 300 300 1500 1800- 2400 3000 3600 4200 1,65 1,89 2,38 2,86 3,35 3,83 ФФ2-1 <ЬФ2-2 ФФ2-3 ФФ2-4 ФФ2-5 ФФ2-6 1800 1800 ___ 450 450 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 1,94 2,19 2,67 3,16 3,65 4,13 ФФЗ-1 ФФЗ-2 ФФЗ-З ФФЗ-4 ФФЗ-5 ФФЗ-6 2400 1500 1800 900 450 300 450 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 2,43 2,67 3,16 3,65 4,13 4,62 ФФ4-1 ФФ4-2 ФФ4-3 ФФ4-4 ФФ4-5 ФФ4-6 2400 1500 2100 1500 450 300 300 300 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 2,92 3,16 3,65 4,13 4,62 5,10 ФФ5-1 ФФз-2 ФФ5-3 ФФ5-4 ФФ5-5 ФФ5-6 2700 1800 2100 1500 450 450 300 300 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 3,24 3,48 3,97 4,46 4,94 5,43 ФФ6-1 ФФ5-2 ФФ6-3 ФФ6-4 ФФ6-5 ФФ6-6 3000 1800 2400 1500 600 450 450 300 300 300 1500 1800 2400 3000 3600 4200 3,70 3,94 4,43 4,92 5,40 5,89 ТАБЛИЦА 4.29. РАЗМЕРЫ СБОРНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Типораз- мер фун- дамента Размеры фундаментов, ММ Масса фундамен- та т b hf А В С D 1Ф13 4300 275 150 200 3,19 1Ф17 1700 450 50 400 4,17 1Ф21 2100 50 650 5,49 2Ф13 1300 1050 500 225 150 200 3,05 2Ф17 1700 50 400 4,04 2Ф21 2100 50 650 5,35 1ФС13 1300 450 275 150 200 3,19 2ФС13 550 225 3,05 на заделки колонны в фундамент должна быть не менее величин, приведенных в табл. 4.30. Глубина заделки двухветвевых колонн h' > 0,5 + 0,33h, где h — расстояние между наружными гранями вет- вей колонн. При /г>2,1 м h' принимается равной 1,2 м. ТАБЛИЦА 4.30. ГЛУБИНА ЗАДЕЛКИ КОЛОНН Отношение тол- щины стенки стакана к высоте верхнего подко- ленника Глубина заделки h' колонны прямоугольного сечения при эксцентриситете продельной силы е0<2Лс ea>'2hc >0,5 hc hc йе+Д( х О Глубина заделки всех типов колонн долж- на, кроме того, быть не менее глубины заделки ее рабочей арматуры, принимаемой по табл. 4.31. Для возможности рихтовки сборных ко- лонн глубина стакана принимается на 50 мм
4.3. Конструкции фундаментов 55 ТАБЛИЦА 4.31. ГЛУБИНА ЗАДЕЛКИ АРМАТУРЫ КОЛОНН Арматура Колонна Глубина заделки рабочей арматуры колонн при проектной марке бетона М 200 M 300 и выше Горячекатаная периодичес- кого профиля класса А-И Прямоугольного сечения Двухветвевая 25 й (15d) 30d (15d) 20d (10rf) 25 d (lOd) То же, А-Ш Прямоугольного сечения Двухветвевая 30d (18d) 35d (18d) 25 d (15rf) 30d (15d) Примечания: 1. Допускается уменьшать глубину заделки колонн до 15 диаметров продольной рабо- чей арматуры при условии приварки к концам продольных рабочих стержней (дополнительных анкерующих стержней или шайб). 2. Значения, приведенные в скобках, относятся к глубине заделки сжатой рабочей арматуры. 3. Для парных стержней колонны глубина заделки определяется в соответствии с приведенным (по пло- щади сечения) диаметром. больше глубины заделки колонны. Толщина дна стакана назначается по расчету, но не ме- нее 200 мм. Толщина стенок неармированного стакана dg поверху принимается не менее 0,75 высоты подколенника, а при его отсутствии — высоте верхней ступени или 0,75 глубины ста- кана, но не менее 200 мм. Толщина армирован- ного стакана назначается расчетом, но не ме- нее величин, указанных в табл. 4.32. Размеры стакана понизу принимаются больше размера колонны в плане на 100 мм, поверху — на 150 мм. фундаменты выпуски арматуры из фундамента соединяются с арматурой колонн. Заделка вы- пусков арматуры в фундамент и длина выпус- ков из фундамента принимаются не менее ве- личин, приведенных в табл. 4.33. Стыки выпусков арматуры колонн и фун- даментов устраиваются выше пола. Стыки ра- бочей арматуры при диаметре стержней до 32 мм, расположенной в растянутой зоне, долж- ны иметь длину нахлестки не менее величин, указанных в табл. 4.33. При этом стыки рас- полагаются вразбежку. Выпуски арматуры сое- ТАБЛИЦА 4.32. ТОЛЩИНА СТЕНОК АРМИРОВАННОГО СТАКАНА Направление усилия Колонна Толщина стенок стакана В плоскости изгибающего момента Прямоугольного сечения при экс- центриситете продольной силы e<2hc То же, но при e>2hG Двухветвевая но не'менее 150 мм 0,3ft с, но не менее 150 мм 0,2/г', но не менее 150 мм Из плоскости изгибающего момента Прямоугольного сечения и двухвет- вевая > 150 мм Рекомендуемые марки бетона для железо- бетонных монолитных фундаментов М 150 и М 200, для сборных-—М 200 и М 300. Замоно- личивание колонны производится бетоном мар- ки не ниже М 150. Армирование подошвы осу- ществляется сетками из арматуры периодичес- кого профиля классов А-П и А-Ш. Расстояние между осями рабочих стержней составляет 200 мм, диаметр при их длине до 3 м — не ме- нее 10 мм, при большей длине—12 мм. Во всех пересечениях стержни должны быть сваре- ны. Диаметр продольных рабочих стержней подколенника принимается не менее 12 мм. Подколенники армируются продольными и по- перечными стержнями; площадь сечения стерж- ней определяется расчетом. В местах опирания монолитных колонн на ТАБЛИЦА 4.33. ДЛИНА ЗАДЕЛКИ ВЫПУСКОВ АРМАТУРЫ Арматура Длина выпусков при бетоне проектной марки М 150 М 200 и выше Горячекатаная периоди- ческого профиля класса А-П и круглая (глад- кая) класса A-I . . . То же, класса А-Ш . . 35d 45af 30d 40</ диняются хомутами с расстоянием между ними не более 10 диаметров. Под монолитными фундаментами при лю- бых грунтах предусматривается сплошная бе- тонная подготовка толщиной 100 мм из бетона марки не ниже М 50, под сборными допускает-
56 Глава 4. Конструкции фундаментов мелкого заложения Рис. 4.13. Фундамент на промежуточной подготовке 2 — эпюра контактных давлений; 2 — рыхлый песок; 3 — бетон; 4 — фундамент Рис. 4.15. Шелевой фундамент 1 — стакан; 2 — под- коленник; 3 — плит- ная часть; 4 — бетон- ные пластины Рис. 4.14. Буробетон- ний фундамент 1 — колонна; 2 — ар- матурный каркас; 3 —• фундамент Рис. 4.16. Фундамент с анкерами “ 1 — фундамент; 2 — арматурный каркас; 3 — анкер ся принимать песчаную подготовку. Целесооб- разно возводить фундаменты на промежуточ- ной подготовке, переменной жесткости в плане (рис. 4.13). Б этом случае эпюра контактных давлений трансформируется таким образом, что наибольшие давления на грунт концентри- руются под бетонной частью подготовки. В связных грунтах целесообразно приме- нение буробетонных (рис. 4.14) или щелевых пространственных фундаментов (рис. 4,15). Буробетонный фундамент устраивается в раз- буриваемых полостях, заполняемых литым бе- Рис. 4.17 Фундамен- ты с пустотообразо- вателями / —• фундамент; 2 — пустотообразователи Рис. 4.18. Фундамент с наклонной подош- вой 1 — цокольная па- нель; 2 — полурама; 3 — подбетонка; 4 —- фундамент; 5 —- под- готовка тоном. Армируется только стаканная часть. Щелевой пространственный фундамент устраи- вается путем прорезки узких взаимо перпенди- кулярных щелей шириной 10—20 см, в которые, при необходимости, устанавливается арматура с последующим заполнением бетоном. Торцы отдельных бетонных пластин могут быть вер- тикальными или наклонными. Подколонник опирается на верхние плоскости бетонных пла- стин и на грунт, находящийся между ними. Расстояние между пластинами составляет 2— 4 их толщины. Нагрузка на основание переда- ется торцом, а также боковой поверхностью. Сопряжение колонн с фундаментами в этом случае такое же, как и в обычных фундамен- тах. При передаче на фундамент больших мо- ментов и небольшой вертикальной нагрузки це- лесобразно применять фундаменты с жестки- ми анкерами, воспринимающими выдергиваю- щие усилия, что позволит уменьшить крен и отрыв подошвы (рис. 4. 16). В нескальных грунтах анкеры представляют собой армиро- ванные каркасами буронабивные сваи диа- метром 15—20 см, длиной 3—4 м, жестко сое- диняемые с плитной частью. В скальных грун- тах анкеры представляют собой напрягаемые стержни с анкерующими болтами. Массивные монолитные фундаменты уст- раиваются с пустотообразователями диаметром от 100 до 300 мм (рис. 4.17). Размеры сборных фундаментов из бетона М 200 с наклонной по- дошвой под распорные конструкции приведены в табл. 4.34, а пример решения — на рис. 4.18.
4.3. Конструкции фундаментов 57 ТАБЛИЦА 4.34. РАЗМЕРЫ СБОРНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ПОД РАСПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ Эскиз Типоразмер фундамента Марка фундамента Размеры, мм Объем бетона, м3 Масса стали, кг Масса блока, т 1 hf b 1 2 3 Ф15. 15. 12 Ф21. 09. 12 Ф21. 12. 12 1500 2100 2100 1200 1200 1200 1500 900 1200 0,81 0,77 0,89 39,61 37,03 41,56 2,03 1,93 2,23 4 Ф15. 15. 18 1500 1800 1500 1,07 42,50 2,68 5 Ф21. 09. 18 2100 1800 900 1,00 39,92 2,50 6 Ф21. 12. 18 2100 1800 1200 1,12 44,45 2,80 7 Ф21. 09. 21 2100 2100 900 1,08 41,37 2,70 8 Ф21. 12. 21 2100 2100 1200 1,19 49,90 2,98 9 Ф21. 09. 24 2100 2400 900 1,08 42,84 2,95 10 Ф21. 12. 24 2100 2400 1200 1,20 47,37 3,00 4.3.4. Ленточные и плитные фундаменты под колонны Ленточные фундаменты под колонны уст- раиваются в виде одинарных или перекрест- ных лент. Плитные фундаменты устраиваются под всем сооружением. Основными конструк- тивными типами являются безбалочная плита с опиранием колонн на сборные стаканы (рис. 4.19, а), безбалочная плита с монолитным ста- каном (рис. 4.19, б), ребристая плита, соеди- няемая с колоннами с помощью монолитных стаканов (рис. 4.19, а) или выпусков арматуры (рис. 4.19, а), плита коробчатого сечения (рис. 4.19, г). Армирование фундаментных плит осущест- вляется: плоскими сварными сетками с рабочей ар- матурой одного направления и пространствен- ными поддерживающими каркасами; отдельными стержнями, располагаемыми в двух направлениях; унифицированными плоскими сварными сетками с добавлением отдельных стержней в местах наибольших моментов; отдельными стержнями в продольном на- правлении и сварными каркасами в поперечном направлении. В качестве арматуры используется сталь класса А-Ш. Марка бетона плиты не менее М 150. Ленточные и плитные фундаменты могут выполняться в сборном варианте в виде отдель- ных блоков или плит, соединяемых между со- бой с последующим омоноличиванием стыков. Целесообразно осуществлять предварительное натяжение арматуры в процессе монтажа фун. Рис. 4.19. Плитные фундаменты а — со сборными стаканами; б — с монолитными стаканами; е—ребристая плита; г — плита коробча- того сечения Указанные фундаменты применяются для снижения неравномерности деформаций при слабых, просадочных и набухающих грунтах, а также при наличии карстовых явлений И' в даментов. сейсмических районах. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны' зданий и сооружений промышленных предприятий. — М.: Стройиздат, 1978. — 112 с. 2. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. СНиП 11-21-75. — М.: Стройиздат. 1976. 3. Строительные нормы и правила. Каменные и армокамепные конструкции. СНиП 11-22-81.—М.: Стройиздат, 1983.
Глава 5. РАСЧЕТ ОСНОВАНИИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ 5.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Проектирование оснований является неотъ- емлемой составной частью проектирования со- оружений в целом. Статическая схема соору- жения, его конструктивное и объемно-планиро- вочное решение, плановая и высотная привяз- ка должны приниматься с учетом инженерно- геологических условий площадки строительства и технически возможных решений фундамен- тов. Проектирование оснований включает обос- нованный расчетом выбор типа оснований (ес- тественное или искусственное), а также конст- рукции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, плитные, столбчатые; железобетонные, бетон- ные, бутобетонные и др.) с применением в случае необходимости строительных или конст- руктивных мероприятий для уменьшения влия- ния деформаций оснований на эксплуатацион- ную пригодность сооружений [4]. Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний: по первой группе — по несущей способно- сти; по второй группе — по деформациям (по осадкам, прогибам, подъемам и пр.). В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и не- благоприятных влияний внешней среды (напри- мер, влияние на физико-механические свойства грунтов атмосферных или подземных вод, те- пловых источников различного вида, климати- ческих воздействий и т. п.). Необходимо иметь в виду, что к изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температур- ного режима — набухающие и пучинистые грунты. Расчет оснований по деформациям должен выполняться всегда, расчет по несущей способ- ности выполняется в следующих случаях: а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. п.), в том числе сейсмические; б) фундамент или сооружение расположе- ны на откосе или вблизи откоса; в) основание сложено медленно уплотняю- щимися водонасыщенными пылевато-глинисты- ми и биогенными грунтами (заторфованными, торфами и сапропелями), а также илами при степени их влажности Sr:>0,85 и коэффициен- те консолидации cv<107 см2/год; г) основание сложено скальными грунтами. Расчет оснований по несущей способности в случаях «а» и «б» можно не производить, если приняты конструктивные мероприятия, исключающие возможность смещения рассмат- риваемого фундамента. Если проектом предусматривается возве- дение сооружения непосредственно после уст- ройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, необходимо прове- рить несущую способность основания с учетом нагрузок, действующих в процессе строитель- ства. Расчет по первому предельному состоянию производится для обеспечения несущей способ- ности (прочности и устойчивости) и ограниче- ния развития чрезмерных пластических дефор- маций грунта основания с учетом возможных неблагоприятных воздействий и условий их ра- боты в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоя- нию — для ограничения абсолютных или отно- сительных перемещений (в том числе колеба- ний) конструкций и оснований такими предела- ми, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения. Сооружение и его основание должны рас- сматриваться как единое целое. О предельном состоянии основания можно говорить лишь в том случае, если все сооружение или отдель- ные его элементы находятся в предельном со- стоянии. При проектировании необходимо учиты- вать, что потеря несущей способности ренова- ция, как правило, приводит конструкции со- оружения в предельное состояние первой груп- пы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают. Дефор- мации же основания могут привести конструк- ции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы, поэтому дефор- мации основания лимитируются как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструк- ций, так и архитектурными и технологически- ми требованиями, предъявляемыми к сооруже- нию или размещенному в нем оборудованию. Расчетная схема системы «сооружение — основание» или «фундамент—основание», пред- ставляющая собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грун- тов, характера взаимодействия конструкции с основанием (включая схематизацию возмож- ных предельных состояний), должна выбирать- ся с учетом наиболее существенных факторов,
5.1. Основные положения 59 определяющих напряженное состояние и де- формации основания и конструкций сооруже- ния (статической схемы сооружения, характе- ра напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения сооружения и т. д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геомет- рическая и физическая нелинейность, анизо- тропность, пластические и реологические свой- ства материалов и грунтов, а также возмож- ность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения. Для расчета деформаций основания чаще всего используются расчетные схемы основания в виде линейно-деформируемого полупростран- ства или линейно-деформируемого слоя. При использовании схемы полупространст- ва для расчета осадок глубина сжимаемой толщи основания Нс ограничивается значения- ми, зависящими от соотношения дополнитель- ных вертикальных нормальных напряжений от внешней нагрузки и от собственного веса грунта GZg. Расчетная схема основания в виде линей- но-деформируемого слоя применяется в сле- дующих случаях [4]: в пределах сжимаемой толщи основания Яс, определенной как для линейно-деформи- руемого полупространства, залегает слой грун- та с модулем деформации Ех^ 100 МПа и тол- щиной hb удовлетворяющей условию (5.1) где Ег — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Ер. ширина (диаметр) фундамента Ь>10 м и модуль деформации грунтов основания £> >10 МПа. Толщина линейно-деформируемого слоя И в первом случае принимается до кровли мало- сжимаемого грунта, во втором случае вычисля- ется по формуле (5.62). Схему в виде линейно-деформируемого слоя допускается также применять для фунда- ментов шириной &>10 м при наличии в пре- делах сжимаемой толщи слоев грунта с моду- лем деформации £<10 МПа, если их суммар- ная толщина не превышает 0,2 Н. . При расчете деформаций основания с ис- пользованием расчетных схем основания в ви- де линейно-деформируемой среды давление под подошвой фундамента ограничивается в соответствии с указаниями п. 5.5.2. Для расчета конструкций на сжимаемом основании могут применяться схемы, характе- ризуемые коэффициентом постели или коэф- фициентом жесткости. Под коэффициентом жесткости понимается отношение нагрузки, действующей на основание, к его расчетной осадке. Такая характеристика сжимаемости основания целесообразна при необходимости учета неоднородности грунтов основания (в том числе вызванной неравномерным замачива- нием просадочных грунтов), при расчете кон- струкций на подрабатываемых территориях и т. д. В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, особенно при значи- тельных ожидаемых неравномерных деформа- циях основания, рекомендуется учитывать не- линейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависи- мость осадки основания таких опор от давле- ния р рекомендуется принимать в виде [2] (Ри — Р1) Р Р % (Ри~~ р) Р1 (5.2) где S7? — расчетная осадка основания при давлении pi, равном расчетному сопротивлению грунта основа- ния; ри—давление на основание, соответствующее исчерпанию его несущей способности. Расчет сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием вы- полняется с применением ЭВМ. Развитие деформаций грунтов основания во. времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочност- ных и деформационных характеристик грунтов следует учитывать, как правило, при расчете оснований, сложенных водонасыщеннышГ пы-' левато-глинистыми и биогенными грунтами, а также илами. Для одного иГТюгоГжеПсдоружё7" ния расчетная схема может меняться в зави- симости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий, раз- работанности методов расчета и т. д. Пример 5.1. Каркасно-панельное здание повы- шенной этажности, проектируемое на площадке, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации £==15-г20 МПа, подстилаемые известняками с модулем деформации £=120 МПа, имеет фундамент в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 5.1, а).
60 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения При расчете несущих конструкций здания на вет- ровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная рама с ^жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для определения усилий в конструкции фундамент- ной плиты расчетная схема принимается в виде пли- ты конечной жесткости на линепно-деформнруемом слое. При вычислении крена здания жесткость пли- ты можно принять бесконечно большой. При опреде- лении средней осадки основания, а также при рас- чете его несущей способности допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенных по линейному закону. Для расчета конструкций протяженного крупно- панельного жилого дома, имеющего в основании на- пластование грунтов с ярко выраженной неравномер- ной сжимаемостью (рис. 5.1, б), целесообразно при- нять расчетную схему в виде равномерно загружен- ной балки конечной жесткости на основании с пере- менным коэффициентом жесткости. 5.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В ОСНОВАНИЯХ Напряжения в грунтах определяются с помощью теории лйнейно-деформируемой сре- ды. При этом предполагается, что сжатие ос- нования от собственного веса и внешней на- грузки закончилось, нагружение основания производится без разгрузки и внешнее давле- ние на основание не превышает расчетного сопротивления. Рис. 5.2. Составляющие напряжений в «элементар- ном» объеме грунта Рис. 5.3. К определению напряжений в основании при действии иа его поверхности сосредоточенной силы Если из массива грунта, находящегося под действием какой-либо нагрузки, в том числе собственного веса грунта, выделить элементар- ный кубик со сторонами, параллельными выб- ранным осям прямоугольной системы кординат, то в общем случае по граням его будут действовать составляющие напряжений Оу — вертикальное и горизонтальные нормаль- ные напряжения, параллельные соответственно осям z, х и у, и три пары касательных напря- жении И Ххг> 'Хху И Хух, Хуг И Х?у (рис. 5.2). 5.2,1. Однородное основание Для определения составляющих напряже- ний в однородном основании для наиболее ча- сто встречающихся в практике проектирования случаев действия на поверхности основания вертикальной внешней нагрузки служат фор- мулы и таблицы. При сосредоточенной силе (рис. 5.3) состав- ляющие напряжений имеют следующий вид; Р Zt ZX2 3 Pz3 z 2 л/?5 ЗР ( 2л I Я5 ‘ 1 — 2v Г#3 — Rz — г2 3 Я3 (R + х2 (2R г) 1 —- 2у 3 ЗР С гу2 °у 2л + R2 — Rz — г2 "r^R + zT y2(2R + z) ~П А?3 (7? 4-г)? JJ’ yz'2 (5.3) ЗР 2л ЗР Xzx^~ 2л XZ2 ЗР J* xyz = "a? [-R* 1 — 2v xy (2R z) ~ 3 ~^Ч^+г)Г. В формуле для определения ог коэффици- ент К (табл. 5.1) вычисляется по зависимости 3 1 К- 2л 11 + (г/г)2!5'2 ’ ( ’ где г = у х2 -j- у%
5.2. Распределение напряжений в основаниях 61 ТАБЛИЦА 5.1. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА РАССЕИВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ К Г /2 К . '/г К 0,0 0,4775 1,8 0,0129 0,1 0,4657 1,9 0,0105 0,2 0,4329 2,0 0,0085 0,3 0,3349 2,1 0,0070 0,4 0,3295 2,2 0,0058 0,5 0,2733 2,3 0,0048 0,6 0,2214 2,4 0,0040 0,7 0,1762 2,5 0,0034 0,8 0,1386 2,6 0,0028 0,9 0,1083 2,7 0,0024 1,0 0,0844 2,8 0,0021 1,1 0,0658 2,9 0,0018 1,2 0,0513 3,0 0,0015 1,3 0,0403 3,5 0,0007 1,4 0,0317 4,0 0,0004 1.5 0,0251 4,5 0,0002 1,6 0,0200 5,0 0,0001 1.7 0,0160 При линейной нагрузке (рис. 5.4) состав- ляющие напряжений определяются по форму- лам: 2р z3 <у_ == о, cos2 8 =---—----; л ri 2р X2 2 О = ar sin2 р =---------—— ; л Г- О'?. — COS р j, лг - д « 2Р XZ“ Tzx — sin р cos р — Рис. 5.4. К определению напряжений в основании при действии на его поверхности равномерной линей- ной нагрузки Рис. 5.5. К определению напряжений в основании при действии на его поверхности равномерной полосовой нагрузки При нагрузке, равномерно распределенной по полосе (рис. 5.5), Под центром полосы (х=0) о 2р ( 1 а __----- arctg 4- - л \ ь где £ — 2/Ьг. При нагрузке, распределенной по полосе по закону треугольника (рис. 5.6), составляющие напряжений будут следующими: (5.7) Р ог = — л х — b — arctg-------- 2 х / х — I arctg — — Ь \ 2 z ( г — Ь) Р г , — — — 1п л \ b х — b х[ х — arctg — — arctg b \ z z z (х — Ь) ____Р Тгх--- г2 (5-8) Значения о3/р приведены в табл. 5.2. Z [ X X — Ь — — arctg — — arctg-------------- b \ ' г г
62 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения. ТАБЛИЦА 5.2. ЗНАЧЕНИЯ <Т2/П ОТ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ, РАВНОМЕРНО РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПО ПОЛОСЕ Z/&1 Ог /р при x/bi 0,0 0,1 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2 3 4 5 0,0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,500 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0 1 1’000 1,000 0,999 0,999 0,998 0,993 0,500 0,002 0,000 0,000 0,000 0,000 0 2 0,997 0,997 0,996 0,995 0,988 0,959 0,500 0,011 0,002 0,000 0,000 0,000 0 3 0,990 0,989 0,987 0,984 0,967 0,908 0,499 0,031 0,005 0,001 0,000 0,000 0 5 0,959 0,958 0,953 0,943 0,902 0,808 0,497 0,089 0,019 0,003 0,001 0,000 0,7 0,910 0,908 0,899 0,885 0,831 0,732 0,492 0,148 0,042 0,007 0,002 0,001 1,0 0,818 0,815 0,805 0,789 0,735 0,650 0,480 0,214 0,084 0,017 0,005 0,002 1,5 0,668 0,666 0,658 0,646 0,607 0,552 0,448 0,271 0,146 0,042 0,015 0,006 2 0,550 0,548 0,543 0,535 0,510 0,475 0,409 0,288 0,185 0,071 0,029 0,013 3 0,396 0,395 0,393 0,390 0,379 0,364 0,334 0,274 0,211 0,114 0,059 0,032 4 0,306 0,305 0,304 0,303 0,298 0,290 0,275 0,242 0,205 0,134 0,083 0,051 5 0’248 0,248 0,247 0,246 0,244 0,239 0,231 0,212 0,188 0,139 0,097 O,U65 ТА 1 5ЛИЦА 5.3. ЗНАЧЕНИЯ СГ,/р от ВЕРТИКАЛЬНОЙ ТРЕУГОЛЬНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ПО ПОЛОСЕ НАГРУЗКИ, г/Ь —1,5 —1,0 —0,5 0,00 0,25 0,50 0,75 1,0 1,5 2,0 2,5 0,00 0,000 0,000 0,000 0,000 0,250 0,500 0,750 0,500 0,000 0,000 0,000 0,25 0,000 0,001 0,004 0,075 0,257 0,480 0,645 0,422 0,015 0,002 0,000 0,50 0,002 0:005 0,022 0,127 0,262 0,409 0,473 0,352 0,062 0,012 0,003 0,75 0,005 0,014 0,045 0,153 0,247 0,334 0,360 0,295 0,101 0,028 0,010 Ц0 0,011 0,025 0,064 0,159 0,223 0,275 0,287 0,250 0,121 0,046 0,018 1,5 0,023 0,045 0,085 0,147 0,177 0,198 0,202 0,187 0,126 0,069 0,036 2,0 0,035 0,057 0,089 0,127 0,143 0,153 0,155 0,148 0,115 0,078 0,048 3,0 0,046 0,062 0,080 0,095 0,101 0,104 0,105 0,102 0,091 0,074 0,057 4,0 0,048 0,058 0,067 0,075 0,077 0,079 0,079 0,078 0,073 0,064 0,054 5 0 0,045 0,051 • 0,057 0,061 0,063 0,063 0,063 0,063 0,060 0,055 0,049 6,0 0,041 О; 046 0,049 0,052 0,052 0,053 0,053 0,053 0,051 0,048 0,044 Значения бг/р приведены в табл. 5.3. При нагрузке, равномерно распределенной по прямоугольной площадке (рис. 5.7), верти- кальные нормальные напряжения по вертикали, проходящей через центр этой площадки, arctg а»=-^ а через угловую точку площадки (5. Ю) arctg где т) = 11!Ьг = 1}Ь, 1 = z/b1=^2z/b Si = г/(2&х) = г/Ь. Из сопоставления формул (5.9) и (5.10) следует, что = (5J1) т. е. вертикальное нормальное напряжение на глубине z под углом равномерно загруженной прямоугольной площадки в 4 раза меньше со- ответствующего напряжения на глубине г/2 под центром этой площадки. Для удобства пользования формулы (5.9) и (5.10) могут быть представлены в виде [4]: суО-ра; (5.12) о^ра/4, (5.13) где а — коэффициент (табл. 5.4), зависящий от ц и 5 для от ц и & для of. При нагрузке, распределенной по прямо- угольной площадке по закону треугольник?! (рис. 5.8), вертикальные нормальные напря- жения по вертикали, проходящей через угло- вые точки с координатами х=—1\ и у=—ф, Рис. 5.6. К определению напряжений в основании при действии на его поверхности полосовой нагруз- ки, распределенной по закону треугольника 41г Ьг z (4Z2 4- 4£>2 + 2г2) (4Z?j 4- z2) (4/^ 4- z2) У4Z{4- 4£>2 4- г2 ____________hzJ ____________ + /1(4/'24-г'2) У 4/'2+4&1 + г2
5.2. Распределение напряжений в основаниях bj ?- z 4- 4&| г“ в -arctg-----------------— , (5.14) 4Z] b, J а с координатами х=1\ и y=6i pbxz 2nlt (4/? + г2) ]/~4/2 + 4fe2 + 22 Значения ojp, вычисленные по формуле (5.15), приведены в табл. 5.5. При нагрузке, равномерно распределенной s II' по кругу, нормальные напряжения о, по вер- тикали, проходящей через центр круга, опре- деляются по формуле (5.12), в которой а= 1—-cos3p = 1 —{1/[1 + (г/г)2]}3/2, (5.16) где р — угол между вертикалью и прямой, соединяю- щей рассматриваемую точку с любой точкой на окружности радиуса с значения а приведены в табл. 5.4. Рис. 5.7. К определению напряжений в основании при действии на его поверхности нагрузки, равномер- но распределенной по прямоугольной площадке ТАБЛИЦА 5.4. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА а q для фундаментов прямоугольных с соотношением сторон ф=2а/й Я=7/6 ленточных круглых (г]>10) 1,0 1,4 1,8 о Л 3,2 5 0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,4 0,949 0,960 0,972 0,975 0,976 0,977 0,977 0,977 0,8 0,756 0,800 0,848 0,866 0,876 0,879 0,881 0,881 1,2 0,547 0,606 0,682 0,717 0,739 0,749 0,754 U,/55 1,6 0,390 0,449 0,532 0,578 0,612 0,629 0,639 0,642 2,0 0,285 0,386 0,414 0,463 0,505 0,530 0,545 0,550 2,4 0,214 0,257 0,325 0,374 0,419 0,449 0,470 0,477 2,8 0,165 0,201 0,260 0,304 0,349 0,383 0,410 0,420 3,2 0,130 0,160 0,210 0,251 0,294 0,329 0,369 0,374 3,6 0,106 0,131 0,173 0,209 0,250 0,285 0,319 0,337 4,0 0,087 0,108 0,145 0,176 0,214 0,248 0,285 0,306 4,4 0,073 0,091 0,123 0,150 0,185 0,218 0,255 0,280 4,8 0,062 0,077 0,105 0,130 0,161 0,192 0,230 0,258 5,2 0,053 0,067 0,091 0,113 0,141 0,170 0,208 0,239 5,6 0,046 0,058 0,079 0,099 0,124 0,152 0,189 0,2*23 6,0 0,040 0,051 0,070 0,087 0,110 0,136 0,173 0,208 6,4 0,036 0,045 0,062 0,077 0,099 0,122 0,158 0,196 6,8 0,031 0,040 0,055 0,069 0,088 0,110 0,145 0,185 7,2 0,028 0,036 0,049 0,062 0,080 0,100 0,133 0,175 7,6 0,024 0,032 0,044 0,056 0,072 0,091 0,123 0,166 8,0 0,022 0,029 0,040 0,051 0,066 0,084 0,113 0,158 В,4 0,021 0,026 0,037 0,046 0,060 0,077 0,105 0,1Ь0 8,8 0,019 0,024 0,033 0,042 0,055 0,071 0,098 0,143 9,2 0,017 0,022 0,031 0,039 0,051 0,065 0,091 0,137 9,6 0,016 0,020 0,028 0,036 0,047 0,060 0,085 0,132 10,0 0,015 0,019 0,026 0,033 0,043 0,056 0,079 0,126 10,4 0,014 0,017 0,024 0,031 0,040 0,052 0,074 0,122 10,8 0,013 0,016 0,022 0,029 0,037 0,049 0,069 0,117 11 /2 0,012 0,015 0,021 0,027 0,035 0,045 0,065 0,113 11'6 0,011 0,014 0,020 0,025 0,033 0,042 0,061 0,109 12,0 0,010 0,013 0,018 0,023 0,®1 0,040 0,058 0,106 Примечания: 1. Условные обозначения: b — ширина или диаметр фундамента; I длина фундамента. 2. Для фундаментов, имеющих подошву в форме правильного многоугольника площадью А, значения и принимаются как для круглых фундаментов радиусом r=VА/п. 3. Для промежуточных значений g и ч коэффициент а определяется интерполяцией.
64 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 5.5. ЗНАЧЕНИЯ О-Ip ПО ВЕРТИКАЛЯМ, ПРОХОДЯЩИМ ЧЕРЕЗ УГЛОВУЮ ТОЧКУ прямоугольной площадки при треугольной нагрузке ММ oz/p при 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1.4 1.6 1,8 2 3 4 10 0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 . 0,000 0,000 0,2 0,022 0,028 0,030 0,030 0,030 0,030 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,031 0,4 0,027 0,042 0,049 0,052 0,053 0,054 0,054 0,054 0,055 0,055 0,055 0,055 0,055 0,6 0,026 0,045 0,056 0,062 0,065 0,067 0,068 0,069 0,069 0,070 0,070 0,070 0,070 0,8 0,023 0,042 0,055 0,064 0,069 0,072 0,074 0,075 0,076 0,076 0,077 0,077 0,078 1,0 0,020 0,038 0,051 0,060 0,067 0,071 0,073 0,075 0,077 0,077 0,079 0,079 0,080 1,2 0,017 0,032 0,045 0,055 0,062 0,066 0,070 0,072 0,074 0,075 0,077 0,078 0,078 1,4 0,015 0,028 0,039 0,048 0,055 0,061 0,064 0,067 0,069 0,071 0,074 0,075 0,075 1,6 0,012 0,024 0,034 0,042 0,049 0,054 0,059 0,062 0,064 0,066 0,070 0,071 0,071 1,8 0,011 0,020 0,030 0,037 0,044 0,049 0,053 0,056 0,058 0,060 0,065 0,067 0,067 2,0 0,009 0,018 0,026 0,032 0,038 0,043 0,047 0,051 0,053 0,055 0,061 0,062 0,064 2,5 0,006 0,012 0,018 0,024 0,028 0,033 0,036 0,039 0,042 0,044 0,050 0,053 0,055 3 0,005 0,009 0,014 0,018 0,021 0,025 0,028 0,031 0,033 0,035 0,042 0,045 0,048 5 0,002 0,004 0,005 0,007 0,009 0,010 0,012 0.013 0,015 0.016 0,021 0,025 0,030 7 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,006 0,007 0,008 0,009 0,012. 0,015 0,021 10 0,000 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003 0,003 0,004 0,004 0,005 0,007 J 0,008 0,014 Рис. 5.8. К определению вертикальных нормальных напряжений в основании но вертикали, проходящей через угловые точки прямоугольной площадки, загру- женной треугольной нагрузкой Рис. 5.9. К определению напряжений в основании при действии на его поверхности трапециевидной полосо- вой нагрузка При произвольной нагрузке, распределен- ной по площади произвольной формы, а так- же при неравномерном распределении нагруз- ки для определения напряжений допускается пользоваться следующим приближенным при- емом, основанным на принципе суперпозиции. Площадь загружения разбивается на ряд до- статочно малых площадок, причем нагрузка, действующая на каждую из них, принимается за сосредоточенную силу Pi, приближенную в центре тяжести площадки. Напряжение в лю- бой точке основания вычисляется по формуле п г=1 где п — число выделенных площадок; К.—коэффи- циент рассеивания напряжений, принимаемый по табл. 5.1. Формула (5.17) дает достаточно удовлет- ворительные результаты начиная с глубины где bi — меньшая сторона элементар- ной площадки. Принцип суперпозиции позво- ляет определять и более точно напряжения в основании в самых разнообразных случаях за- гружения, в том числе при необходимости уче- та взаимного влияния площадей (фундамен- тов) . Так, например, напряжения в основании при трапециевидной полосовой нагрузке (рис. 5.9) могут быть определены суммированием напряжений, вычисленных по формулам (5.6) и (5.8). Аналогичным образом определяются напряжения в условиях пространственной за- дачи. Напряжения в основании, нагрузка на которое равномерно распределена по кольцу, можно определить как разность напряжений от нагрузок по двум круговым площадкам радиу- сами, равными наружному и внутреннему ра- диусам кольца. Напряжения в основании под центром фундамента при наличии полосовой нагрузки на полах производственных зданий
5.2. Распределение напряжений в основаниях 65 ТАБЛ ИЦ А 5,6 .К ПРИМЕРУ 5.2 Z, м «1 «2 а3 а( а Напряжения, кПа tf-q Ро^-1 0 0 1,000 1,000 1,000 о 1,000 300 0 200 0,8 0,4 0,960 0,977 0,977 0 0,002 0,960 288 0 288 1,6 0,8 0,800 0,881 0,878 0,802 240 0 240 2,4 1,2 0,606 0,754 0,748 0,003 0,609 182 1 183 3,2 1,6. 0,449 0,639 0,627 0,006 0,455 135 2 137 4,0 ' 2,0 0,336 0,545 0,525 0,010 0,346 101 3 104 4,8 2,4 0,257 0,470 0,443. . 0,014 0,271 77 4 81 5,6 2,8 0,201 0,410 0,376 0,017 0,218 60 5 65 6,4 3,2 0,160 0,360 0,332 0,019 0,179 48 6 54 7,2 3,6 0,130 0,320 0,278 0,021 0,151 39 6 45 8,0 4,0 0,108 0,285 0,241 0,022 0,130 32 7 39 8,8 4,4 0,091 0,256 0,211 0,023 0,114 27 7 34 определяются суммированием напряжений, вы- числяемых по формуле (5.9) и первой из фор- мул (5.6). Наиболее распространенный случай в прак- тике Проектирования —: учет взаимного влия- ния нескольких прямоугольных фундаментов. При этом широко используется метод угловых точек. Метод заключается в том, что верти- Рис. 5.10. К определению методом угловых точек дополнительных вертикальных напряжений а2 д в основании рассчитываемого фундамента с учетом влияния соседнего фундамента а — расположение рассчитываемого 1 и влияющего 2 фундаментов; б — расположение фиктивных фунда- ментов кальные нормальные напряжения о"г,л на глу- бине z по вертикали, проходящей через произ- вольную точку А (в пределах или за предела- ми рассматриваемого фундамента с давлением по подошве, равным р), определяются алгебра- ическим суммированием напряжений о2 /- в угловых точках четырех фиктивных фундамен- тов (рис. 5.10): 4 = .(5.18) 1=1 о £ . — вертикальное где нормальное напряжение, определяемое по формуле (5.10). Вертикальные нормальные напряжения пг по вертикали, проходящей через центр рассчи- тываемого фундамента, с учетом влияния со- седних фундаментов или нагрузок на прилега- ющие площади определяются по формуле г=1 где о —напряжение от нагрузки на 'рассматривае- 2 мый фундамент; k — число влияющих .фундаментов; °г Л г —дополнительное вертикальное нормальное напряжение на глубине z от i-ro влияющего фунда- мента, определяемое по формуле (5.18). Пример 5.2. Требуется построить эпюры верти- кальных нормальных напряжений oz по вертикалям, проходящим через центры двух смежных фундамен- тов Ф-1 и Ф-2 с учетом их взаимного влияния (рис. 5.11). Среднее давление под фундаментами (за выче- том давления от собственного веса грунта) составля- ет ро=ЗОО кПа. Решение. Значения oz по оси фундамента Ф-1 получаем суммированием напряжений ozl от давле- ния р0 под самим фундаментом и дополнительного напряжения о от влияния фундамента Ф-2. „Пос- леднее определяем методом угловых точек как сум- му напряжений на рассматриваемой глубине в угло- вой точке М четырех загруженных площадей (фи- ктивных фундаментов): MLAI и MNDL с положи- тельным давлением р0 и МКВ! и MNCK—с отрица- тельным. Соотношения сторон указанных прямоугольников равны: для EFGH (Ф-1) т) = 1; для MLAI и MNDL т] = 10/2 = 5; для МКВ! и MNCK т] = 6/2 = 3. Разбиваем основание на слои толщиной Дй.=0,8 м. При этом As==2A/i/t>=2-0,8/4=0,4; Ag, = Aft/&=0,8/2 = 0,4 [см. формулы (5.9) — (5.13)]. Вычисления сводим в табл. 5.6, в которой коэффи- циенты затухания напряжений по вертикали, прохо- дящей через точку М, относятся к прямоугольникам: а,— EFGH (Ф-1); а2 — MLA1 и MNDL-, а3 — МКВ! и MNCK', Щ—АВСД (Ф-2), определен с учетом формул (5.13) и (5.18): щ=2 — (а2— а3); а-с^ + оц учитывает 4 влияние нагрузок на фундаменты Ф-1 и Ф-2 (значения коэффициентов а приняты по табл, 5.4). 5.2.2. Неоднородное основание В практике проектирования неоднородность основания учитывается в следующих случаях: слой сжимаемого грунта залегает на прак- тически несжимаемом (например, скальном) основании; под сравнительно малосжимаемым слоем залегает более сжимаемый грунт. На рис. 5.12 приведены схематические эпю- ры вертикальных нормальных напряжений под центром прямоугольной площадки, загружен- ной равномерно распределенной нагрузкой при жестком. (кривая 2) и слабом (кривая 3) под- стилающих слоях. Кривая 1 показывает рас- пределение напряжений в однородном основа^ нии. Как видно из рис. 5.12, при жестком под- стилающем слое напряжения на границе слоев увеличиваются, а при слабом подстилающем слое уменьшаются.
66 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Рис. 5.11. К определению вертикальных нормальных напряжений и расчету осадки фундамента с учетом влияния соседнего фундамента НС1 — нижняя граница сжимаемой толщи для оди- ночного фундамента; Нс2 — то же, для фундамента с учетом давления от соседнего фундамента Значения oz/p на кровле Несжимаемого слоя, расположенного на глубине Н, под цент- ром равномерно загруженной площади привел дены в табл. 5.7. Напряжения при слабом подстилающем слое определяются в зависимости от Ех/Е2 (где Е| и £2 — модули деформации верхнего и подстилающего слоя). В табл. 5.8 приведены ТАБЛИЦА 5.7. ЗНАЧЕНИЯ <3z/p НА КОНТАКТЕ С НЕСЖИМАЕМЫМ СЛОЕМ н/ь, О/р для площадки круг- лой прямоугольной с отношением сторон T1-Z/5 , поло- совой (Т]==оо) 1 2 3 10 0 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,25 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 1,009 0,5 1,064 1,053 1,033 1,033 1,033 1,033 0,75 1,072 1,082 1,059 1,059 1,059 1,059 1 0,965 1,027 1,039 1,026 1,025 1,025 2 0,473 0,541 0,717 0,769 0,761 0,761 3 0,249 0,298 0,474 0,549 0,560 0,560 5 0,088 0,125 0,222 0,287 0,359 0,359 10 0,025 0,032 0,064 0,093 0,181 0,185
67 5.3. Нагрузки, и воздействия, учитываемые в расчетах оснований - ; < < --- ; ; V / ' J -- --"; " "V -- - - - .. й, - , - .,... =- Рис. 5.12. Схема распределения вертикальных нор- мальных напряжений в основании под центром рав- номерно загруженной, прямоугольной площадки 1 _ однородном; 2 — с жестким подстилающим слоем; 3 — со слабым подстилающим слоем ТАБЛИЦА 5.8. ЗНАЧЕНИЯ ог1р ПО ОСИ ПОЛОСЫ НА КОНТАКТЕ СО СЛАБЫМ ПОДСТИЛАЮЩИМ СЛОЕМ (ПО ДАННЫМ А. А. КУЛАГИНА) Я/Ь, <J2/p при £1/Ез 1 2 - 5 10 0 1,000 1,000 1,000 1,000 1 0,818 0,755 0,639 0,541 2 0,550 0,478 0,378 0,307 3 0,396 0,339 0,262 0,206 4 0,306 0,258 0,194 0,148 5 0,248 0,206 0,150 0,113 значения oz/p на контакте со слабым подсти- лающим слоем по оси полосы, загруженной равномерно распределенной нагрузкой, при от- сутствии трения по контактной плоскости. 5.2.3. Напряжения от собственного веса грунта Вертикальное нормальное напряжение бг от собственного веса грунта определяется по формуле п аг=^Уг^, (5.20) Z==l где п — число слоев грунта, расположенных выше рассматриваемой глубины; 7- — удельный вес грунта Z-ro слоя; h . — толщина Z-ro слоя грунта. Удельный вес грунтов, залегающих ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, определяется с учетом взвешивающего дейст- вия воды по формуле ysb = (Ts —Т^)/(1 +е), (5.21) где v s—удельный вес частиц грунта; 7Ш—удель- ный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м3; е—ко- эффициент пористости грунта. Если удельный вес грунта определен при его полном водонасыщении (степень влажно- сти Sr=l, y=ysat), то ysb = ysat~ yw- (5.22) При определении пг от собственного веса грунта в водоупорном слое необходимо учиты- вать давление столба воды, расположенного выше водоупора. Горизонтальные нормальные напряжения от собственного веса грунта — ®у ~ > (5.23) где ^=у(1—у) — коэффициент бокового давления грунта (здесь у принимается по табл. 1.15)« Пример 5.3. Определить вертикальное нормаль- ное напряжение <з z от собственного веса грунта на глубине z = 9 м при грунтовых напластованиях, пока- занных на рис. 5.13. Рис. 5.13. К примеру 5.3 (значения о? даны в кПа) Слой 1 — суглинок (толщина слоя й,=2 м, удель- ный вес у!=17,8 кН/м3); слой 2—песок средней круп- ности (й2=2 м, удельный вес частиц yg =26,6 кН/м3, 72=18,3 кН/м3, коэффициент пористости е=0,61, влаж- ность хи=0,11); слой 3—тот же песок ниже уровня подземных вод (h3=3 м, у3=20,3 кН/м3 при степени влажности Sr=l); слой 4 — глина, служащая водо- упором (71=20,2 кН/м3). Решение. По формуле (5.22) удельный вес грунта слоя 3 7 . = 20,3 — 10 = 10,3 кН/м3. i>0 По формуле (5.20) на глубине г = 9 м получаем: Щ,= 17,8-2+ 18,3-2+ 10,3-3 + 20,2-2 + 10-3 = = 173,5 кПа. Значения ординат эпюры о, приведены на рис. 5.13. 5.3. НАГРУЗКИ и воздействия, учитываемые В РАСЧЕТАХ ОСНОВАНИИ Нагрузки и воздействия, передаваемые фундаментами сооружений на основания, как правило, должны устанавливаться расчетом ис- ходя из рассмотрения совместной работы со- оружения и основания или фундамента и ос- нования. Учитываемые при этом нагрузки и воздействия на сооружение или отдельные его элементы, а также возможные их сочетания применяются согласно требованиям норм [3]. Характер и степень перераспределения на- грузок на основание, а следовательно, и до- полнительные усилия в конструкциях сооруже- ния зависят от вида, состояния и свойства грунтов, характера их иапластовани^ ста»-
Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения 6® • ческой схемы сооружения, его пространствен- ной жесткости и многих других факторов. Нагрузки на основание допускается опре- делять без учета их перераспределения над- фундаментной конструкцией при расчете: а) оснований зданий и сооружений III класса1; б) общей устойчивости массива грунта ос- нования совместно с рассматриваемым соору- жением; в) средних значений деформаций основа- ния; г) деформаций основания в стадии привяз- ки типовых проектов к местным грунтовым ус- ловиям. Все расчеты оснований должны произво- диться на расчетные значения нагрузок, кото- рые определяются как произведение их норма- тивных значений на коэффициент надежности по нагрузке у/. Этот коэффициент, учитываю- щий возможное отклонение нагрузок в небла- гоприятную сторону, принимается при расчете оснований по несущей способности по указа- ниям [3], а при расчете оснований по дефор- мациям равным единице. Расчет оснований по деформациям произ- водится на основное сочетание нагрузок, по несущей способности — на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздейст- вий — на основное и особое сочетания. На- грузки на перекрытия зданий и снеговые на- грузки, которые согласно нормам [3] могут относиться как к длительным, так и к крат- ковременным, при расчете оснований по несу- щей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям — длительны- ми. Нагрузки от подвижного подъемно-тран- спортного оборудования в обоих случаях счи- таются кратковременными. В расчетах оснований необходимо учиты- вать нагрузки от складируемого материала и оборудования, размещаемого вблизи фунда- ментов. Усилия в конструкциях, вызываемые кли- матическими температурными воздействиями, при расчете оснований по деформациям допу- скается не учитывать, если расстояния между температурно-усадочными швами не превыша- ют значений, указанных в нормах проектиро- вания соответствующих конструкций. Техно- логические температурные воздействия учиты- ваются: в расчетах оснований по деформациям при соответствующем обосновании в зависи- мости от продолжительности этих воздействий. ! Класс ответственности зданий и сооружений принимается согласно «Правилам учета степени от- ветственности зданий и сооружений при проектиро- вании конструкций:», утвержденным Госстроем СССР. 5.4. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ .ФУНДАМЕНТОВ Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформа- ции основания, не превышающие' предельные по условиям нормальной эксплуатации проек- тируемого сооружения и.. находящегося в нем оборудования. Выбор глубины заложения фундаментов рекомендуется выполнять на основе технико- экономического сравнения различных вариан- тов фундаментов. Глубина их заложения .долж- на определяться с учетом: назначения, а также конструктивных осо- бенностей сооружения (наличия и размеров подвалов, фундаментов под оборудование и т. д.); размера и характера нагрузок и воздейст- вий на фундаменты; глубины заложения фундаментов примы- кающих сооружений, фундаментов под обору- дование, глубины прокладки коммуникаций; существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории; инженерно-геологических условий площад- ки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов вы- ветривания, пустот, образовавшихся вследствие растворения солей и пр.); гидрогеологических условий площадки (уровней подземных вод и верховодки, а так- же возможных их изменений в процессе строи- тельства и эксплуатации сооружения, агрес- сивности подземных вод и т. п.); глубины сезонного промерзания грунтов [2,4]. Глубина заложения фундаментов исчисля- ется от поверхности планировки или пола под- вала до подошвы фундамента, при наличии бе- тонной подготовки — до низа ее. При выборе глубины заложения фундаментов в необходи- мых случаях при соответствующем обоснова- нии следует учитывать возможность дальней- шей реконструкции проектируемого сооруже- ния (устройство новых коммуникаций, подвальных помещений, фундаментов под обо- рудование и пр.). Фундаменты сооружения или его отсека, как правило, должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных фундамен- тов смежных отсеков на разных отметках пе- реход от более заглубленной части к менее заглубленной должен выполняться уступами. Уступы должны быть не круче 1:2, а высота уступа — не более 60 см. Ленточные фунда-
• ' w ' 5.4. Глубина заложения -фу ндамептов менты примыкающих частей отсеков должны,, иметь одинаковое заглубление на протяжении "не менее 1 м от шва. ' Допустимая. разность отметок заложения соседних столбчатых фундаментов (или столб- чатого и ленточного) определяется по формуле a (tgqij 4- Cj /р), (5.24? где’ а — расстояние между фундаментами в свету; <₽1и С1 —расчетные значения угла внутреннего тре- ния и удельного сцепления грунта;, р— среднее дав- ление под подошвой расположенного выше фунда- мента от расчетных нагрузок (для расчета оснований по несущей способности). Столбчатые фундаменты, разделенные оса- дочным швом, следует располагать на одном уровне. Условие (5.24) распространяется и на слу- чай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов сооружения и рядом расположенных каналов, тоннелей и пр. Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. Переход на большую глубину заложения следует выполнять исходя из ус- ловия (5.24). Если оно не выполняется, не- обходимо устройство шпунтовой стенки или другого ограждения (рис. 5.14). : При выборе глубины заложения фундамен- тов рекомендуется: предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта на 10—15 см; избегать наличия под подошвой фунда- мента слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя; закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимо- сти применения водопонижения при производ- стве работ. При необходимости заложения фундамен- тов ниже уровня подземных вод следует пре- дусматривать методы производства работ, со- храняющие структуру грунта. Если глубина заложения фундаментов по условиям несущей способности и деформируе- йости грунтов основания оказывается чрезмер- но большой, рекомендуется рассмотреть при- менение мероприятий по улучшению строи- тельных свойств грунтов основания или пе- реход на свайные фундаменты. Одним из основных факторов, определяю- щих заглубление фундаментов, является глу- бина сезонного промерзания грунтов, которые при промораживании увеличиваются в объеме, а после оттаивания дают значительные осад- ки. Промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается ио ме- ре миграции воды из слоев грунта, располо- женных ниже уровня подземных вод. После- дующее таяние таких грунтов приводит к рез- кому снижению их несущей способности и по- вышенным деформациям. Рис. 5.14. Схема защиты существующего здания от дополнительных осадок при возведении рядом нового здания с большей глубиной заложения фундамента 1— фундамент существующего здания; 2 — фунда- мент нового здания; 3 — фундамент с большей глу- биной заложения; 4 — шпунтовая стенка Деформации основания при морозном пу- чении и последующем оттаивании, как прави- ло, неравномерны вследствие неоднородости грунта по степени его пучинистости и разли- чия температурных условий, в которых мо- гут находиться грунты под отдельными фун- даментами. Исключение возможности промерзания грунтов под подошвой фундаментов обеспечи- вается: в период эксплуатации — соответствующей глубиной их заложения, принимаемой в зави- симости от вида и состояния грунтов, положе- ния уровня подземных вод, нормативной глу- бины сезонного промерзания, теплового режи- ма сооружения и пр.; в период строительства — соответствую- щими защитными мероприятиями. Нормативная глубина сезонного промерза- ния грунтов dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин их сезон- ного промерзания (по данным наблюдений за период не менее 10 лет). под открытой, ого- ленной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне подземных вод, распо- ниже глубины сезонного промерза- гт - ’ ложенном ниже глубины сезонного промерза- ния грунтов. Для районов, где не предусмат- . ривается очистка от снега территорий, приле- гающих к проектируемым сооружениям (например, в сельской местности), норматив- ную глубину промерзания грунтов допускается определять на площадках под снежным по- кровом. При отсутствии данных многолетних на- блюдений нормативную глубину сезонного про- мерзания грунтов следует определять на’ ос-
70 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Рис. 5.15. Схематическая карта нормативных глубин промерзания суглинков и глин (изолйнии нормативных глубин промерзания, обозначенные пунктиром, даны для малоисследованных районов) <.: - 7 < f (ч и, и , , нове теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение, м, допускается вы- числять по формуле (5.25) где de —глубина промерзания при S| Гу| = 1 °C, при- нимаемая равней, м. для суглинков и глин — 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30; крупнообломочных грунтов—0,34; — безразмерный коэффициент, численно равный -—сумме аб- солютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, °C, принимаем мых по СНиП 2.01.01-82 или по результатам наблю- дений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях. Значение dfn для грунтов неоднородного. сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания грунта. Зна- чение df7l допускается определять по схема- тической карте (рис. 5.15), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглин- ков, т. е. при Д)=0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение dfn, найденное по карте, следует умножить на от- ношение do/0,23 (где d0 соответствует грун- там данной строительной площадки). Для рай- онов Дальнего Востока допускается пользо- ваться картой (рис. 5.16). Если значения d/n, найденные по карте и по формуле (5.25), не совпадают, следует принимать значение, най- денное по формуле. . Значения d/«>2,5 м наблюдаются преи- мущественно в районах Восточной и Западной Сибири. Формулу (5.25) и карту не рекомен- дуется применять для горных районов, где фактическая глубина промерзания больше вследствие особенностей состава и свойств грунтов, рельефа местности и климата. В этих условиях нормативная глубина промерзания должна определяться теплотехническим рас- четом [5]: __ I /~ (Toutjl -|- Tbij) tn,p___ F LQ(wtot—^&OPd/+0>5C/(Twt n-E7\f) (5.26) где A j — теплопроводность мерзлого грунта, Вт/(м-°С); T.QUj п —абсолютное значение средней температуры воздуха за период отрицательных тем- ператур, °C: Toui lTf\/n (здесь п — число ме- сяцев с отрицательной среднемесячной температу- рой); Т b j— температура начала замерзания грун- та, °C; р-~ продолжительность периода с отрица- тельными 'температурами воздуха, соответствующая /1—1 месяцам, с; До — удельная теплота фазового превращения вода — лед, принимаемая равной 3,35Х Х108 Дж/т; w fot —суммарная природная влажность грунта, доли единицы; ww — относительное (по мас- се) содержание незамерзшей воды, доли единицы, при температуре, равной 0,5(Тои? п +Т b f ); р ^у ~ плотность мерзлого грунта в сухом состоянии, т/м3; Су — объемная теплоемкость мерзлого грунта, Дж/(м-°С).
5.4. Глубина заложения фундаментов 71 шимановск Мазанова roar 248' Орма' с200 240 -де-Кастри 196 Свободный 255 -177 £20 180. 208 орг нельма 165 154 Терней Лничино .—Находка 142 180 Советская Гавань 192 алаевск-МЫмуре' 220см Белогорск 2JJ благовешемк215^ 220, _ Завитинск''232, 160 Светлан 161 'Ольга 144 140Й==г 217® Гбасюга Олонь 210 200 ' .бакане .богородское’ Убыль Боктор /сомсомольск- -на-Лмуре 220 Биробиджан йман'1'92 1QQ Уссурийск 179 160 Владабос/пок 151 см Хабаровск k о Рис. 5.16. Схематическая карта нормативных глубин промерзания суглинков в Приморском и Хабаровском краях, а также в Амурской обл. 1 — южная граница вечномерзлых грунтов илн граница островной мерзлоты; 2 — пункты с вечной мерзлотой Пример 5.4. Определить нормативную глубину промерзания грунта в г. Ачинске Красноярского края. Площадка сложена суглинком со следующими ха- рактеристиками: показатель текучести /^=0,64, плот- ность р=1,8 т/м3, плотность мерзлого грунта в сухом состоянии p^-f = 1,4 т/м3, суммарная влажность = — 0,25, влажность на границе раскатывания wp=0,16, относительное содержание незамерзшей воды w w~ =0,08, влажность на границе текучести =0,30, чи- сло пластичности I р=0,14. Другие входящие в фор- мулу (5.26) величины: Т с,ирп = 13,2 °C; Т & у =0,2 °C; =6-30 -24 -3600= 15,55'- 10s с; Ху= 1,513 Вт/(м-°С); Су:=2,053 106 Дж/(м3 °C); 2|Гу=69,1 °C. Решение. Нормативная глубина промерзания грун- та составляет; по формуле (5.25) dfn = 0,23 Уб9Д = 1,91 м; по формуле (5.26) 2-1,513 (13,2 +0,2)Х________ 3,35.10й (0,25 —0,08) 1,4 + 0,5-2,053Х "* X 15,55-10° „ „ ->-----------------= 2,6 м, Х10° (13,2 + 0,2) что существенно отличается от результата, получен- ного по формуле (5.25). В данном случае при назна- чении глубины заложения фундаментов следует при- нимать dy:n=2,6 м. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле - df = khdfn, (5.27) где коэффициент, учитывающий влияние тепло- вого режима сооружения и принимаемый: для наруж- ных фундаментов отапливаемых зданий — по табл. 5.9; для наружных и внутренних фундаментов неотап- ливаемых зданий йд=1,1, кроме районов с отрица- тельной среднегодовой температурой. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых сооружений долж- на определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СНиП [5]. Ана- логичным образом значение df определяется в случае применения постоянной тепловой за- щиты основания, а также если тепловой режим проектируемого сооружения может заметно влиять на температуру грунтов (холодильники, теплицы, котельные, горячие цехи и т. п.). Увеличение глубины промерзания грунтов под фундаментами неотапливаемых сооруже- ний связано с худшими условиями оттаивания грунтов в летний период под этими сооруже- ниями, чем на открытой местности. Глубина заложения фундаментов отапли- ваемых сооружений во условиям исключения
72". Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения ТА Б Л ИЦА 5.9. ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА kh Особен?1ости сооружения А & при расчетной средне- суточной температуре воздуха в примыкающем к наружным фундаментам помещении, °C 0 15 10 15 20 и более Без' подвала с пола- ми, ..устраиваемыми: на грунте . . . 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 . » лагах по грун- ту . ..... 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 по утепленному цокольному пере- крытию . . . 1,0 1,0 0,9 0,8 0,7 С подвалом или с техническим под- польем . .... 8,0 0,7 0,6 0,5 0,4 При м е ч а н и я: 1. Значения коэффициента Ад относятся к фундаментам, вылет подошвы которых от внешней грани стены составляет менее 0,5 м; при длине консоли 1,5 м и более значения коэффициента k д повышаются на 0,1, но не более, чем до 1; при промежуточных значениях длины консоли коэффици- ент k д определяется интерполяцией. 2. К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические под- полья, а при их отсутствии — помещения 1-го этажа. 3. При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент Ад принимается с округлени- ем до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице. морозного пучения грунтов основания долж- на назначаться: для наружных стен и колонн — по усло- виям, изложенным в табл. 5.10; глубину за- ложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания грунтов, если фундаменты опи- раются на мелкие пески и специальными ис- следованиями по данной площадке установле- но, что они не имеют пучинистых свойств, а также в случаях, когда исследованиями и рас- четом установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационной пригодности сооружения; для внутренних стен и колонн — незави- симо от расчетной глубины промерзания грун- тов. Для наружных и внутренних фундаментов отапливаемых сооружений с холодными под- валами. и техническими подпольями (имеющи- ми отрицательную температуру в зимний пе- риод) глубину заложения следует принимать по. табл. 5.10, считая от пола подвала или тех- нического подполья. Глубина заложения наружных и внутрен- них фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по табл. 5.10; глубина исчисляется при отсутствии подвала или тех- нического подполья от уровня планировки, а при их наличии — от пола подвала или тех- нического подполья. ТАБЛИЦА 5.10. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ ПО УСЛОВИЯМ МОРОЗНОГО-.. ПУЧЕНИЯ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ' . А' Грунты, находящиеся под подошвой фун- дамента Глубина заложения фунда- ментов при глубине распо- ложения уровня подземных' вод, м d >d.+2' Скальные, крупно- обломочные с песча- ным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности . ... Пески мелкие и пы- леватые Супеси с показате- лем текучести: /£<0 .. ... /£>0 . . . . Суглинки глины, крупнообломочныё грунты с пылевато- глинистым заполни- телем с показателем текучести грунта или заполнителя: /£>0,25 . . . /£<0,25 . . . Не зависит от df Не менее d? То же . • Не зависит от d? То же Не меяее dj То же Не менее 0 ,5 О' Примечания: 1. Глубину заложения фунда-г ментов допускается принимать независимо от рас- четной глубины промерзания df, если соответствую- щие грунты, указанные в настоящей таблице, зале- гают до глубины не менее. нормативной глубины промерзания d^n- 2. Положение уровня подземных вод И верховод- ки должно приниматься с учетом возможных их из- менений в процессе строительства и эксплуатации сооружения. В проекте оснований и фундаментов долж- ны предусматриваться мероприятия, не допу- скающие увлажнения грунтов основания, а также промораживания их в период строитель- ства. Глубину заложения фундаментов по ус- ловиям морозного пучения можно уменьшить за счет применения: постоянной теплозащиты грунта по периметру сооружения; водозащйт* ных мероприятий, уменьшающих степень пучй- нистости грунта; полной или частичной заме- ны пучинистого грунта на непучинистый под подошвой фундаментов; обмазки боковой по- верхности фундаментов, уменьшающей смер- зание с ней грунта; засоления грунтов и т. ш Целесообразность применения тех или иных мероприятий должна быть технико-экономиче- ски обоснована. Кроме того, глубина заложе- ния фундаментов может быть уменьшена и за счет применения конструктивных мероприятий, обеспечивающих прочность и нормальные ус- ловия эксплуатации сооружения при неравно- мерных деформациях оснований вследствие за- мерзания и оттаивания пучинистых грунтов,' Для защиты грунтов основания от увлаж- нения застраиваемая площадка под каждое
5.5. Расчет оснований по деформациям . 73 сооружение до возведения фундаментов долж- на быть ограждена нагорными канавами и тщательно спланирована с устройством поверх- ностных водостоков (канав и лотков), а при необходимости и дренажей. Способ защиты грунтов основания от про- мерзания принимается в зависимости от вида и состояния грунтов, положения уровня под- земных вод, конструктивных особенностей под- земной части сооружения и от местных усло- вий строительства (климатических, производ- ственных и пр.). Вид грунта, используемого для обратной засыпки пазух котлованов, метод и степень его уплотнения должны назначаться из усло- вия, чтобы в процессе строительства и эксплуа- тации касательные силы морозного пучения не превышали силы, удерживающие фундамент от выпучивания [1]. В необходимых случаях должны предусматриваться мероприятия, уменьшающие касательные силы пучения (об- мазка фундаментов специальными составами, засоление грунтов обратной засыпки вещест- вами, не вызывающими коррозии бетона и ар- матуры, и пр.). - ’ 5.5. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ' " ' ПО ДЕФОРМАЦИЯМ • 5.5.1. Общие положения Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и (или) от- носительных перемещений фундаментов и над- фундаментных конструкций такими предела- ми, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопу- стимых осадок, . подъемов, кренов, изменений проектных уровней и положений конструкций, расстройств их соединений и т. п.). При этом имеется в виду, что прочность и трещиностой- кость фундаментов и надфундаментных конст- рукций проверена расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии сооружения с основанием. Деформации основания могут быть сле- дующими: . ’ осадки-деформации, происходящие в ре- зультате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок (и в отдельных случаях соб- ственного веса грунта) и не сопровождающие- ся коренным изменением его структуры; просадки-деформации, происходящие в ре- зультате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействи- ем как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительно с ними действую- щих факторов, таких как замачивание проса- дочного грунта, оттаивание ледовых’прослоек в замерзающем грунте и т. п.; подъемы и осадки — деформации, связан- ные с изменением объема некоторых грунтов при увеличении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды в порах грунта (мороз- ное пучение и оттаивание грунта); . оседания — деформации земной поверхно- сти, вызываемые разработкой полезных иско- паемых, изменением гидрогеологических усло- вий и т. п.; горизонтальные перемещения — деформа- ции, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т. д.) или со зна- чительными вертикальными перемещениями по- верхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т. п. Деформации основания в зависимости от причин их возникновения подразделяются ца два вида: первый — деформации от внешней нагруз- ки на основание (осадки, просадки, горизон- тальные перемещения); второй — деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляю- щиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса). При проектировании следует учитывать, что деформации основания первого вида вызыва- ют тем большие усилия в конструкциях соору- жения, чем больше сжимаемость грунтов ос- нования; при деформациях второго вида с уве- личением сжимаемости грунтов основания уси-' лия снижаются. Наиболее опасны для конструкций соору- жения неравномерные деформации основания, главными причинами возникновения которых для первого вида являются: неравномерная сжимаемость грунтов из-за их неоднородности, выклинивания и непарал-' дельности залегания отдельных слоев, наличия линз, прослоев и других включений, неравно- мерного уплотнения грунтов, в том числе ис- кусственных подушек и т. п.; различие в осадках основания в пределах и за пределами площадки загружения (особен- но часто это происходит с основаниями, сло- женными сильносжимаемыми грунтами, чем и объясняются многие случаи повреждений су- ществующих зданий при возведении вблизи них новых сооружений); неравномерное увлажнение грунтов, в ча- стности просадочных' й набухающих; различие ватр^зок на отдель&ые фунда-
74 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Рис. 5.17. Схема осадок основания сооружения Рис. 5.19. Схема прогиба (выгиба) сооружения менты, их размеров в плане и глубины зало- жения; неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а также за- грузка территории в непосредственной близо- сти от сооружения; нарушения правил производства строитель- ных работ, приводящие к ухудшению свойств грунтов; ошибки, допущенные при инженерно- геологических изысканиях и проектировании оснований и фундаментов, а также нарушение предусмотренных проектом условий эксплуа- тации сооружения. Основные причины возникновения неравно- мерных деформаций оснований для второго вида — это повышение влажности грунтов в грунтовых условиях II типа по просадочности, наличие подземных горных выработок, измене- ние температурно-влажностного режима неко- торых грунтов (например, набухающих), изме- нение гидрогеологических условий площадки, влияние динамических воздействий, например от городского транспорта и т. д. Таким образом,' среди причин,: вызываю- щих неравномерные деформации основания, которые необходимо учитывать при проектиро- Рис. 5.20. Схема осадок, вызызающих кручение, сооружения Рис. 5.21. Схема сложной деформации основания вании, имеются не только инженерно-геологи- ческие и гидрогеологические факторы, но так- же конструктивные и технологические особен- ности проектируемых сооружений, способы производства работ по устройству оснований и фундаментов, особенности эксплуатации со- оружений. Расчет оснований по деформациям, как уже указывалось, должен производиться из условия совместной работы сооружения и ос- нования. Деформации основания допускается определять без учета совместной работы со- оружения и основания, т. е. без учета перерас- пределения нагрузок на основание конструкци- ей сооружения, в случаях, оговоренных в п. 5.3. Совместная деформация основания и со- оружения может характеризоваться: абсолют- ной осадкой основания отдельного фундамен- та sv, средней осадкой основания сооружения з; относительной неравномерностью осадок &s/L двух соседних фундаментов, т. е. разностью их вертикальных перемещений, отнесенной к рас- стоянию между ними (рис. 5.17); креном фун- дамента или сооружения в целом г — отноше- нием разности осадок крайних точек фундамен- та к его ширине или длине (рис. 5.18); отно- сительным прогибом или выгибом f/L — от- ношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого, участка сооружения (рис. 5.19); кривизной изгибаемого участка со- оружения р=1/7? (см. рис. 5.19); относитель- ным углам закручивания сооружения
5.5. Расчет оснований по деформациям. 75 (рис. 5.20); горизонтальным перемещением фундамента или сооружения в целом и. Ана- логичные характеристики могут устанавливать- ся также и для просадок грунтов, подъемов их при набухании, оседаний земной поверхно- сти и других деформаций. Сложная деформация сооружения, возни- кающая вследствие неравномерных осадок ос- нования, может быть разложена на отдельные составляющие, как это показано на рис. 5.21, где крен сооружения г= (з6—s^/L. Расчет оснований по деформациям произ- водится исходя из условия s<su, (5.28) где з — совместная деформация основания и соору- жения, определяемая расчетом (см. далее п. 5.5.4); s—предельное значение совместной деформации основания и сооружения (см. далее п. 5.5.5). Под величинами s и su может пониматься любая из перечисленных выше деформаций. В необходимых случаях, например для оценки напряженно-деформированного состоя- ния конструкций сооружений с учетом дли- тельных процессов, следует рассчитывать осад- ки во времени. Осадки основания в процессе строительства (например, осадки от веса на- сыпей до устройства фундаментов, осадки до омоноличивания стыков строительных конст- рукций и т. п.) допускается не учитывать, ес- ли они не влияют на эксплуатационную при- годность сооружений. При расчете оснований по деформациям исходя из условия (5.28) необходимо учиты- вать возможность изменения как расчетных, так и предельных значений деформаций осно- вания за счет применения строительных меро- приятий по уменьшению сжимаемости и неод- нородности грунтов основания, а также конст- руктивных мероприятий, направленных на сни- жение чувствительности сооружений к дефор- мациям основания. В расчетах деформаций с использованием расчетной схемы основания в виде линейно-де- формируемой среды давление по подошве не должно превышать расчетного сопротивления грунта основания. 5.5.2. Расчетное сопротивление грунтов основания Зависимость «нагрузка—осадка» для фун- даментов мелкого заложения можно считать линейной только до определенного предела дав- ления на основание (рис. 5.22). В качестве та- кого предела принимается расчетное сопротив- ление грунтов основания У? [4]. При расчете деформаций основания с использованием ука- занных в п. 5.5.1 расчетных схем среднее дав- ление под подошвой фундамента (от нагрузок для расчета оснований по деформациям) не должно превышать - расчетного сопротивления грунта основания R, кПа, определяемого по формуле R IA k*+ + + (5.29) где -р а —коэффициенты условий работы, при- нимаемые по табл. 5.11; k — коэффициент, принимае- мый: fe=l, если прочностные характеристики грунта (с и ф) определены непосредственными испытаниями, и А=1,1, если указанные характеристики приняты по таблицам, приведенным в гл. 1; /И , Мд и Мс | коэффициенты, принимаемые по табл. 5.12; fez — ко- эффициент, принимаемый: /?г=Г при 6<10 м, k г == =zo/b+O,2 при &>10 м (здесь b — ширина подошвы фундамента, м; г0=8 м); у п—расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента (при наличии подземных вод определя- ется с учетом взвешивающего действия воды), кН/м3; Vjj —то же, залегающих выше подошвы; с^-расчет- ное значение удельного сцепления грунта, залегаю- щего непосредственно под подошвой фундамента, кПа; d\—глубина зало?кения фундаментов беспод- вальных сооружений или приведенная глубина зало- жения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала, определяемая по формуле di==hs +/lc/Vc/Yn (5.30) (здесь h s~ толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала, м; h cj —толщина конструкции пола подвала, м; — расчетное зна- чение удельного веса материала пола подвала, кН/м3); —глубина подвала — расстояние от уров- ня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В^20 м и глубиной более 2 м принимается dj,=2 м, при ширине подвала £!>20 м принимается d^ =0). Рис. 5.22. Характер- ная зависимость «нагрузка — осад- ка» для фундамен- тов мелкого заложе- ния Если di>d (где d — глубина заложения фундамента), то di принимается равным d, а d-o=0. Формула (5.29) применяется при любой форме фундаментов в плане. Если подошва фундамента имеет форму круга или правиль- ного многоугольника площадью А, то прини- мается &=|/А. Расчетные значения удельных весов грунта и материала пола подвала, вхо- дящие в формулу (5.29), допускается прини- мать равными их нормативным значениям (по- лагая коэффициенты надежности по грунту и материалу равными единице). Расчетное сопро- тивление грунта при соответствующем обосно- вании может быть увеличено, если конструкция фундамедаа - улучшает уаювия его совместной работы с основанием. Для фундаментных плит с угловыад -вырезами, расчетное сопротивление
76 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Т А БЛИ Ц* Ш «АЧВНЙЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ Грунты ’М 7са для сооруже- ний е жесткой конструктивной схемой при отно- шении длины со- оружения или его отсека к его вы- соте LJH э>4 «1,5 Крупнообломочные с песчаным заполните- лем и песчаные, кро- ме . мелких и пылева- тых . 1,4 1,2 м Пески мелкие . . 1,3 1,1 1,3 Пески пылеватые: маловлажные и влажные . . . 1,25 1,0 1,2 насыщенные во- дой 1.1 1,0 1,2 Крупнообломочные с пылевато-глинистым ' заполнителем и пы- левато-глинистые с показателем текуче- сти грунта или за- полнителя: /£<0,25 . . . 1,25 1,0 1,1 0.25 </£<0,5 . . 1,2 1,0 1.1 /£>•0,5 . . . , 1,1 1,0 1.0 Примечания: 1. Жесткую конструктив- ную схему имеют сооружения, конструкции которых приспособлены к восприятию усилий от деформаций оснований путем применения специальных мероприя- тий. 2. Для сооружений с гибкой конструктивной схе- мой значение коэффициента v с% принимается рав ным единице. 3. При промежуточных значениях L1H коэффици- ент. 7 с2 определяется интерполяцией. грунта основания допускается увеличивать на 15 %. : •. Когда расчетная глубина заложения фун- даментов принимается от уровня планировки подсыпкой, в проекте оснований и фундамен- ТАБЛИЦА 5.12. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ м , м. м„ V <7 с ° М 7 Мс Фц? М V % Мс . 0 0 0 3,14 23 0,69 3,65 6,24 1 0,01 0.06 3,23 24 0,72 3,87 6,45 2 0,03 ' 1,12 3,32 25 0,78 4,11 6,67 3 0,04 1,18 3,41 26 0,84 4,37 6,90 ' -4 ' 0,06 1,25 3,51 27 0,91 4,64 7,14 5 0,08 1,32 3,61 28 0,98 4,93 7,40 6 0.10 1,39 3,71 29 1,06 5,25 7,67 7 0,12 1,47 3,82 30 1,15 5,59 7,95 .8 0,14 1,55 3,93 31 1,24 5,95 8,24 9 . 0,16 1,64 4,05 32 1,34 6,34 8,55 10 0,18' 1,73 4,17 33 1,44 6,76 8,88 .11 .0,21 1,83 4,29 34 1,55 7 22 9,22 - 12 0,23 1,94 4,42 35 1,68 7,71 9,58 13 0,26 2,05 4,55 36 1,81 8,24 9,97 14 0,29 2,17 4,69 37 1,95 8,81 10,37 15 0,32 2,30 4,84 38 2,П 9,44 10,80 16 0,36 2,43 4,99 39 2,28 10,11 11,25 17 0,39 2,57 5,15 40 2,46 10,85 11,73 18 0,43 2,73 5,31 41 2,66 11,64 12,24 19 0,47 2,89 5,48 42 2,88 12,51 12,79 20 0,51 3,06 5,66 43 3,12 13,46 13,37 21 .0,56 3,24 5,84 44 3,38 14,50 13,98 22 0,61 3,44 6,04 45 3,66 15,64 14,64 тов должно приводиться требование' о необ* ходимости выполнения планировочной насыпи до приложения полной нагрузки на основание, Ааналогичное требование должно содержаться и в отношении устройства подсыпок под полы в подвале. . . Коэффициенты 5 Mq и Мс, входящие в формулу (5.29), получены исходя из условия, что зоны пластических деформаций под края- ми равномерно загруженной полосы (рис. 5.23) Рие. 5.23. Зены пластических деформаций в основа- нии под краями . равномерно загруженной полосы равны четверти ее ширины и вычисляются по следующим соотношениям: — гр/4; М =1-}-ф; М = ^ctg(pn, ’ (5.31) где *J>=n/(ctg фп+ф л/2); фп—расчетное значе- ние угла внутреннего трения, оад. . При вычислении /? значения характеристик Фп, Сц и уп принимаются для слоя грунта, на-' ходящегося под подошвой фундамента до глу- бины Zfl = 0,5 b при Ь<10 м и Zfl = ^4-0,l b при 6>10 м (здесь t = 4 м). При наличии не- скольких слоев грунта от подошвы фундамента до глубины принимаются средневзвешенные значения указанных характеристик. Аналогич- ным образом поступают и с коэффициентами Yd и ус2. Как видно из формулы (5.29), значение/? зависит не только от физико-механических ха- рактеристик грунтов основания, но и от иско- мых геометрических размеров фундамента — ширины и глубины его заложения. Поэтому оп- ределение размеров фундаментов приходится вести итерационным способом, задавшись предварительно какими-то начальными разме- рами. Пример 5.5. Определить расчетное сопротивление грунта основания для ленточного фундамента шири- ной Ь = 1,4 м при следующих исходных данных. Про-, актируемое здание — 9-этажное крупнопанельное ,с’ жесткой конструктивной схемой. Отношение длины его к высоте ЦН=\,Ъ. Глубина заложения фундамен- тов от уровня планировки по конструктивным со- ображениям принята d=1.7 м. Здание имеет подвал шириной .8=12 м и глубиной d=1,2 м. Толщина.сДря грунта от подошвы фундамента до пола подвала fts=0,3 L м, толщина бетонного пола подвала 1г — =0,2 м, удельный вес бетона =23 кН/м3. Площад- ка сложена песками мелкими средней плотности ма- ловлажнымн. Коэффициент пористости е=0,74, удель- ный вес грунта ниже подошвы 7^ = 18 кН/м3, , выще/. подошвы 7 л = 17 кН/м3. Нормативные значения- прочностных и деформационных характеристик ири-
5.5. Расчет, оснований по деформациям няты по справочным таблицам, приведенным в-гл. 1: <р =<ртт = 32°, с =стг=2 кПа, £=28 МПа. Решение. Для вычисления расчетного сопротивле- ния грунта основания по формуле (5.29) принимаем: по табл. 5.11 для песка мелкого маловлажного и здания жесткой конструктивной схемы при LIH=\.,5 ус1 =1,3 и ус2 = 1,3; по табл. 5.12 при'ф11 = 32° 714^=1,34; М q~ =6,34 и М с=8,55. Поскольку значения прочностных характеристик грунта приняты по справочным таб- лицам. fe=l,l. При 5=1,4 м<10 м Az = l. . Приведенная глубина заложения фундамента от пола подвала по формуле (5.30) ^ = 0,3+ 0,2-23/17 = 0,57. и. По формуле (5.29) определяем; .3 [1,34.1.1,4-18 + 6,34-0,57-17 + (6,34 — 1,1 — 1) 1,2-17 + 8,55.2] = 1,54-221 =340 кПа. Предварительные размеры фундаментов назначаются по конструктивным соображени- ям или исходя из значений расчетного сопро- ТАБЛИЦА 5.13. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ Ro КРУПНООБЛОМОЧНЫХ, ПЕСЧАНЫХ И ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ (НЕПРОСАДОЧНЫХ) ГРУНТОВ Грунты Ro, КПа Крупнробломочные Галечниковый (щебенистый) с за- полнителем: песчаным . 600 пылевато-глинистым . ... Гравийный (дресвяный) с заполни- телем: 450/400 песчаным 500 пылевато-глинистым . ... 400/350 Значения Ra при показателе текучести I ^0,5 даиы перед чертой, при 0,5<7^ ^0,75 — за чертой. Пески Крупные , . 600/500 Средней крупности 500/400 Мелкие: маловлажные 400/300 влажные и насыщенные водой 300/200 Пылеватые: . маловлажные о 300/250 влажные . 200/150 насыщенные водой 150/100 Значения RB для плотных песков даны перед чертой, для песков средней плотности — за чертой. Пылевато-глинистые Супеси с коэффициентом пористо- сти е: 0,5 О ' . • 0,7 .................... Суглинки с: коэффициентом порис- тости е: 0,5 . .......... 0,7 . . . . . ...... 1,0 . . . . . . ......... Глины с коэффициентом пористо- сти е: - : 0,5 1_ а 0008.8.’— — • 0,6 'О а . ' О в : . в 8 в . 0,8 . . . ............... 1,0 в ................... 300/300 250/200 300/250 250/180 200/100 600/400 500/300 300/200 250/100 Значения RB при I т =0 даны перед чертой, при / = i-» L> = 1—за чертой. При промежуточных значениях е и I т значения RB определяются интерполяцией. тивления грунтов основания Ro, приведенных в табл. 5.13. Значениями Ro допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов сооружений III класса, если основание сложено горизонтальными (ук- лон не более 0,1) выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не уве- личивается с глубиной в пределах двойной ши- рины наибольшего фундамента ниже глубины его заложения. .. Двойную интерполяцию при определении Ro по табл. 5.13 для пылевато-глинистых грун- тов с промежуточными значениями и е ре- комендуется выполнять по формуле [2] ; Q 0 - £ Ro(e- £)= °) + ^2^1. Q — бл + /LRO(1, 1)] +---------~[(1-4)х во — е± X R0(2, 0) + /L R0(2, 1)], (5.32) I где ei и ea — соседние значения коэффициента пори- стости в табл. 5.13, между которыми находится зна- чение е для рассматриваемого грунта; Ro (1, 0) и Ro (1, 1)—значения RB в табл. 5.13 при коэффициенте пористости вь соответствующие значениям =0 и I =1; £о(2, 0) и £0(2, 1) — то же, при е2. Значения Ro в табл. 5.13 относятся к фун- даментам, имеющим ширину &i—1 м и глубину заложения d] = 2 м. При использовании значе- ний Rc по табл. 5.13 для окончательного назна- чения размеров фундаментов расчетное сопро- тивление грунта основания R определяется по формулам: при </<2 м " ’ / b — &i \ 1 / d -4- d, \ R = Ro 1-Mi —~ НгН- ; (5.33) \ /J\ / при d>2 м где b и d — соответственно ширина и глубина зало- жения проектируемого фундамента, м; у' — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фунда- мента, кН/м3; fei — коэффициент принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме пыле- ватых песков) k\ =0,125, а для пылеватых песков,.су- песей, суглинков и глин fei = 0,05; k2 — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных, грунтов /г==2,5, для супесей и суглинков /г2=2, а для глин fea= 1,5. Пример 5.6. Определить расчетное сопротивление глины с коэффициентом пористости е=0,85 и показа- телем текучести /^=0,45 применительно к фундамен- ту шириной 6=2 м, имеющему глубину заложения d=2,5 м. Удельный вес грунта, расположенного выше подошвы, у'=1,7 кН/м3. Решение. Пользуясь значениями Ro (см. табл. 5.13), по формуле (5.32) вычисляем: (0,85; 0,45) = 1,1 ~0’85 [(1 _о,45) 300 +0,45-2001+ 1,1 —0,80 । ---—-[(1 — 4Э,45)-25&+Ф45- J00J = 210+-30 1,1 —0т80
78 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Далее по формуле (5.34) получаем:. R = 240 11 + 0,05 ( 2 ~~ -Я + 1;5-17 (2,5 — 2) = L \ 1 7 J = 240-1,05 + 13 — 265 кПа. Расчетное сопротивление R основания, сложенного крупнообломочными грунтами, вы- числяется по формуле (5.29) на основе резуль- татов непосредственных определений прочно- стных характеристик грунтов. При отсутствии таких испытаний расчетное сопротивление оп- ределяется по характеристикам заполнителя, если его содержание превышает 40 %. При меньшем содержании заполнителя значение R для крупнообломочных грунтов допускается принимать по табл. 5.13. . При искусственном уплотнении грунтов ос- нования или устройстве грунтовых подушек расчетное сопротивление определяется исходя из задаваемых в проекте расчетных значений физико-механических характеристик уплотнен- ных грунтов. Последние устанавливаются либо на основе исследований, либо с помощью спра- вочных таблиц (см. гл. 1) исходя из необходи- мой плотности грунтов. При вычислении R влажность пылевато-глинистых грунтов реко- мендуется принимать равной 1,2 wP. Расчетное сопротивление рыхлых песков определяется по формуле (5.29) при yci — = Ус2--=1- Значение R следует уточнять по ре- зультатам не менее трех испытаний штампа с размерами и формой, возможно более близки- ми к проектируемому фундаменту, но пло- щадью не менее 0,5 м2. При этом значение R принимается не более давления, при котором ожидаемая осадка фундамента равна предель- ной (см. далее п. 5.5.5). При устройстве прерывистых фундаментов расчетное сопротивление основания R опреде- ляется как для исходного ленточного фунда- мента по формуле (5.29) с повышением значе- ния R коэффициентом kd, принимаемым по табл. 5.14. При необходимости увеличения нагрузок на основание существующих сооружений при йх реконструкции (замене оборудования, над- стройке и т. п.) расчетное сопротивление осно- вания должно приниматься в соответствии с данными о состоянии и физико-механических свойствах грунтов основания с учетом типа и состояния фундаментов и надфундаментных конструкций сооружения, продолжительности его эксплуатации и ожидаемых дополнитель- ных осадок при увеличении нагрузок на фун- даменты. Следует также учитывать состояние и конструктивные особенности примыкающих сооружений, которые, оказавшись в пределах «осадочной воронки», могут получить повреж- дения. ТАБЛИЦА 5.14.. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА kd ДЛЯ ПЕСКОВ (КРОМЕ РЫХЛЫХУ И ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ Коэффициент пори- стости ё и показа- тель текучести / Значения kd при фунда- ментных плитах прямоуголь- ных с угловыми вырезами 0,5 и <0 1,3 1,3 в = 0,6 и 1 = 0,25 1,15 1,15 е > 0,7 и > 0,5 1,0 1,15 Примечания: 1. При промежуточных значе- ниях е и коэффициент kd принимается по интер- поляции. - 2. Для плит с угловыми вырезами коэффициент ^учитывает повышение R на 15 %. Если в пределах сжимаемой толщи осно- вания на глубине z от подошвы фундамента расположен слой грунта меньшей прочности, чем прочность лежащих выше слоев (рис. 5.24), необходима проверка соблюдения усло- вия Цгр + ®г8 Rz, (5.35) где о Zp и о zg —вертикальные нормальные напря- жения в грунте на глубине z от подошвы фундамен- та соответственно дополнительное, от нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта, кПа (см. п. 5.2); Rz — расчетное сопротивление грунта пони- женной прочности на глубине z, кПа, вычисленное по формуле (5.29) для условного фундамента шириной Ъ , м, определяемой по выражению bz = V Аг + а3 — а; (5.36) Az = N/<Jzp-, a—fJ—ty/Z, здесь N — суммарная вертикальная нагрузка на ос- нование от фундамента, кН; I и b — соответственно длина и ширина фундамента, м. Формула (5.36) для ленточного фундамен- та принимает вид &2 = ^/*^zp> (5.37) Рис. 5.24. Схема для проверки расчетного сопротив- ления по характеристикам грунта подстилающего слоя 7 — грунт верхних слоев основания; 2 — подстилаю- щий слой грунта меньшей прочности
5.5. Расчет оснований по деформациям 79 _____- где п — вертикальная нагрузка на 1 м длины фунда- мента, кН/м, а для квадратного фундамента — &г = j/yV/Ozp . (5.38) При действии на фундамент внецентренной нагрузки следует ограничивать краевые давле- ния под подошвой, которые вычисляют по фор- мулам внецентренного сжатия. Краевые дав- ления при действии момента в направлении главных осей подошвы фундамента не долж- ны превышать 1,27?, а давление в угловой точ- ке—1,57?. Краевые давления рекомендуется определять с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента, а также жесткости конструкции, опирающейся на рассматриваемый фундамент. Действующие нормы допускают увеличе- ние до 20 % расчетного сопротивления грунта основания, вычисленного по формулам (5.29), (5.33) и (5.34), если определенные расчетом деформации основания при давлении p — R не превышают 40 % предельных значений (см. да- лее п. 5.5.5). При этом расчетные деформации, соответствующие давлению pi = l,27?, должны быть не более 50 % предельных. В этом слу- чае, кроме того, требуется проверка основания по несущей способности (см. далее п. 5.6). 5.5.3. Определение основных размеров фундаментов Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает: подсчет нагрузок на фундамент; оценку инженерно-геологических и гидро- геологических условий площадки строительст- ва; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов; выбор глубины заложения фундамента; назначение предварительных размеров по- дошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивле- нию грунта, приведенному в табл. 5.13; вычисление расчетного сопротивления грун- та основания 7? по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p<R', в случае внецентренной нагрузки на фунда- мент, кроме того, проверку краевых давлений; при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35); вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходи- мости корректировку размеров фундаментов. В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполня- ется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструи- рование самого фундамента. А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ Определение размеров подошвы фунда- мента по заданному значению расчетного соп- ротивления грунта основания. Обычно верти- кальная нагрузка на фундамент Мо задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет; p = N0/A + yd, (5.39) где v -— среднее значение удельного веса фундамен- та и грунта на его обрезах, принимаемое обычно рав- ным 20 кН/м3; d н Л — глубина заложения и пло- щадь подошвы фундамента. Если принять p—R, получим следующую формулу для определения необходимой пло- щади подошвы фундамента: Л = 7У0/(7?—yd). (5.40) Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента ц — l/b, получим: 62 = /V0/h(7?- yd)]. (5.41) Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес Nf, а также вес грунта на его об- резах Ng и проверяют давление по подошве: p-(/Vo + ^ + ^)/(&/)<^. (5.42) Определение размеров подошвы фунда- мента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глуби- ны его заложения d и размеров в плане &XZ), поэтому обычно эти размеры определяются ме- тодом последовательных приближений. В ка- честве первого приближения принимают раз- меры фундамента по конструктивным сообра- жениям или из условия (5.41), т. е. принимая 7?==7?О. Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41) Т)&г (т? — w) — 7V0 == 0, а с учетом формулы (5.29) при 6 <10 м (ког- да £г=1) < + + (Mq ~ ’) db Vn + Я сп] — yd} — —/Vo = 0. (5,43)
Глава 5. Расчет основания фундаментов мелкого заложения Уравнение (5.43) приводится к- виду: для ленточного фундамента о^э &? + ai = яо — (5.44) для прямоугольного фундамента . G0n&4-«i W — ^о = О, (5.45) где Yd Ус2 „ „ . _ f Tel Тс2 . а0— (Zf—< X k I к X [Mq уп + (Mq - 1) dh уп + Мс сп]} -yd- n0 = N0/b; т\ = ЦЬ. Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45)—методом последовательного прибли- жения или по стандартной программе. После вычисления значения b с учетом мо- дульности и унификации конструкций прини- мают размеры фундамента и проверяют дав- ление по его подошве по формуле (5.42). Пример 5.7; Определить ширину ленточного фун- дамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала (с/^=0). Отношение L{H=\p>. Глубина зало- жения фундамента rf=2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки мо=9ОО кН/м. Грунт—глина с характеристиками, полученными при непосредствен- ных испытаниях: ср ij=18°, сц=40 кПа, V 11=Тц= =48 кН/м3, / =0,45. ’ Решение. По табл. 5.10 имеем: ус|=1,2 и у с2= = 1,1; по табл. 5.11 при Фп=18'3 44^=0,43; М д=2,73; М =5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по. испытаниям, k=l. Для определения ширины фундамента Ъ предва- рительно вычисляем: 10.1 1 а0 =о,43 • 18 .= 10,22; пЛ = 1,2-1,1 (2,73.2-18 + 5,31-40) - 20-2 = 370,1. , Подставляя эти значения в формулу (5.44), полу- чаем 10,2262+370,16—900=0, откуда , — 370,1 + /370,1=+4-10,22-900 ’ „ b =-----------1---------'-----------=2,28 м. 2-10,22 Принимаем 6=2,4 м. Пример. 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы (ус2 = 1). Соотношение сторон'фундамента Г|=//6=1,5, нагрузка на него составляет: N0=4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия, и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере. Решение. Вычисляем: а0 Ц = 1,2.1-0,43.18.1,5= 13,93; aL п = [1,2-1 (2,73.2-18+ 5,31 40) - 20-2] 1,5 = 499,22. Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,936э + 499,2262—4000 = 0) и решая его по . стандартной программе, находим 6=2,46 м, тогда 7=1,56=3,7 м. Принимаем фундамент с размерами подошвы 2; 5x3,7 м. Определение размеров подошвы фунда- мента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой тол- щи основания (на глубине z от подошвы фун- дамента) слоя грунта с. худшим нрочнюстны- ’йи свойствамй, чем- у- лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать та- кими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагруз- ки и от собственного веса лежащих выше сло- ев грунта (ог= Огр+ огг) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением сла- бого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта. Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологиче- ских. условиях (см. рис. 5.24). На площадке от по- верхности до глубины 3,8 м залегают пески крупные, средней плотности маловлажные, подстилаемые су- глинками. Характеристики грунтов по данным испы- таний: для песка <р =38°, Сц=0, у =У ц = 18 кН/м3, £ = 40 МПа; для суглинков фц =19°, с1Г=11 кПа, =17 кН/м3, £=17 МПа. Здание — с гибкой конст- руктивной схемой без подвала (d^=0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грун- та Na=4,7 МН. Глубина заложения фундамента, d= =2 м. Предварительные размеры подошвы фунда- мента приняты исходя из 7? = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3X3 м- Решение. По формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем: 1,4-1 R = ——- (2,11-3-18 + 9,44.2-17) = 1,4-435 = 609 кПа. 1 Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим: среднее давление под подошвой р = N0/b- + yd = 4,7 -103/3= + 20-2 = 520 + 40 = 560 кПа; дополнительное давление иа уровне подошвы ро = р — v' d = 560— 18-2 = 524 кПа. По табл. 5.4 при £=2z/6=2-1,8/3=1,2 коэффициент а =0.606. Тогда дополнительное вертикальное напря- жение на кровле слабого слоя от нагрузки на фун- дамент будет: Щ, = ро а = 524-0,606 = 317 МПа. Ширина условного фундамента составит: 6 = V(^0+?<763)/(Т _ = /’(4700 + 20.2.3=)/317 = 4 м. Для условного фундамента на глубине. z=l,8 м при Vcr=VC2=^=l расчетное сопротивление суглин- ков по формуле (5.29) будет: Д = 0,47-4-17 + 2,88.3,8-18 + 5,48-И =30 + 196 + + 60 = 286 кПа. Вертикальное нормальное напряжение от собст- венного веса грунта на глубине z = 3,8 м <J2g. = 18-3,8 = 62 кПа. Проверяем условие (5.35): 315 +62 = 377 > «= 286 кПа, т. е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять 6 = 3,9 м. Проектирование фундаментов из сборных плит. Для устройства фундаментов применяют- ся плиты, прямоугольные в плане, и с угло- выми вырезами (см. гл. 4). Фундаменты из этих плит проектируются ленточными или пре- рывистыми, последние с превышением или без превышения расчетного сопротивления основа- m
5.5. Расчет оснований по деформациям 81 При ленточных фундаментах, когда шири- на плит совпадает с расчетной шириной, допу- скается замена прямоугольных плит плитами с угловыми вырезами. При прерывистых фунда- ментах расчетное сопротивление грунтов осно- вания;^ определяется как для ленточных фун- даментов с повышением значения R коэффи- циентом kd, принмаемым по табл. 5.14. Прерывистые фундаменты из плит прямо- угольной формы и с угловыми вырезами ре %: рекомендуется применять: в грунтовых условиях II типа по просадоч- ности; при залегании под подошвой фундамента рыхлых песков; . при сейсмичности района 7 баллов или более; в этом случае нужно применять плиты с угловыми вырезами, укладывая их в виде не- прерывной ленты; при залегании ниже подошвы фундамента пылевато-глинистых грунтов с показателем те- кучести Il >0,5. Прерывистые фундаменты с превышением расчетного сопротивления основания не реко- мендуется устраивать: в грунтовых условиях I типа по просадоч- ности при отсутствии поверхностного уплотне- ния грунта в пределах деформируемой зоны; при неравномерном напластовании грун- тов или при значительном изменении сжимае- мости грунта в пределах здания или соору- жения; при сейсмичности 6 баллов. При совпадении расчетной ширины фун- дамента с шириной- плит последние уклады- ваются в виде непрерывной ленты. Это требо- вание относится как к плитам прямоугольной формы, так и к плитам с угловыми вырезами. В этом случае расчетное сопротивление грун- та основания R, вычисленное по формуле (5.29), может быть повышено в 1,2 раза, если расчетные деформации основания (при давле- нии, равном R) не превосходят 40 % их пре- дельного значения. При этом повышенное дав- ление не должно вызывать деформации осно- вания более 50 % предельных и, кроме того, не превышать значение давления из условия расчета оснований по несущей способности. При несовпадении расчетной ширины с шириной плиты проектируются прерывистые фундаменты. Для прерывистых фундаментов, проектируемых с превышением расчетного соп- ротивления основания, коэффициент kd не должен превышать величин, приведенных в табл. 5.14, а для прямоугольной формы, кроме того, коэффициент £^.не должен быть больше значений, приведенных в табл, 5.15. Т А Б Л И Ц А 5.15. ЗНАЧЕНИЕ k' ДЛЯ ПРЕРЫВИСТОГО ФУНДАМЕНТА Расчетная шири- на ленточного фундамента, м Ширина прерыви- стого фундамен- та, м 1 1,2 1,09 . 1.1 1,2 1,1 . 1,3 1,4 1,97 1,5 1,6 1,11- 1,7 2 1,18 1,8 2 1.17 1,9 2 Г, 99 2,1 2,4 1,18 2,2 2,4 1,13 2,3 2,4 1,1 . 2,5 2,8 1,17 ' 2,6 2,8 1,13 2,7 2,8 1,12 2,9 3,2 1,15 3,0 3,2 1,13 3,1 3,2 1,1 В случае применения плит с угловыми вы- резами в ленточных фундаментах и в преры- вистых без превышения расчетного сопротив- ления основания допускается, чтобы фактиче- ское давление на грунт превышало расчетное сопротивление основвзия на 15 %, т. е. kd — = 1,15. .Осадка ленточных и прерывистых, фунда- ментов рассчитывается как для сплошного лен- точного фундамента на среднее давление, от- несенное к общей площади фундамента, вклю- чая промежутки между плитами и угловые вы- резы. Пример 5.10. Рассчитать фундамент под стену производственного здания без подвала. 1. Исходные данные: длина стены по оси А рав- на 40 м; толщина фундаментной стены 30 см; глу- бина заложения фундамента 2 м; площадка сложена глинистым грунтом, имеющим характеристики: I = 0,3, е=0,8, уТ1 = 18 кН/м3, с1Т=35 кПа, 7?<>=317 кПа, Ф11=16°; нагрузка на уровне верха фундамента N= =856 кН/м. Решение. Предварительный размер подошвы фун- дамента 8 = А///?о=856/317 = 2,7 м. Расчетное сопротив- ление грунта основания определяем по формуле (5.29): 1 25 • 1 Д== ’ „ (0,36-1-2,7-18 + 2,43-2-18 + 4,99-35) = 1 = 349 кПа. Ширина фундамента &с= (W+A^i)//? = (856+114)/ /349=2,78 (здесь 7Vj = 114 кН/м — вес фундамента и грунта на его обрезах). Расчетная ширина фунда- мента практически совпадает с шириной блока, рав- ной 2,8 м, поэтому применяем ленточный фундамент из плит с вырезами марки ФК 28-35В*. Число плит n = Lb c/As=40-2,78/(2,8 • 1,18) =25 шт. В этом случае расход бетона составляет 31,75 м3, а металла—1,041 т. При применении типовых плит по серии 1.112-5 принимаем марку ФЛ 28.12-3. В этом случае расход бетона составляет 34,22 м3, а металла— 1,347 т (т. е. больше соответственно в 1,08 н 1,29 раза). 2. Исходные данные: длина стены того же здания, что и в п. 1, по оси Б равна 40 м', ’ на- грузка на уровне верха фундамента А7=41О: кН/м, расчетное сопротивление грунта основания R= =222 кПа; • расчетная ширина фундамента йс=(410+ + 90)/222=2,25 м (здесь /+ = 90 кН/м), среднее’давле- ние р = 222 кПа. Решение. Принимаем прерывистый фундамент из плит прямоугольной формы шириной 2,4 м. Коэффи- циент превышения расчетного сопротивления в этом случае /г jjg (см. табл. 5.15), а коэффициент = 1,3 (см. табл.' 5.14). Число плит прямоугольной формы определяем по наименьшему из этих коэф-
82 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения фициентов. Площадь ленточного фундамента А= =2,25-40 = 90 м2. Суммарная площадь прямоугольных плит в прерывистом фундаменте А =90/1,13=80 м2. Число плит в прерывистом фундаменте П = Л,/ЛС, (5.46) О о Отсюда п=80/2,83=28 шт. (площадь плиты Лс= -2,4-1,18=2,83 м=). Расстояние между плитами lb= (L — nl)/(n~ 1), (5.47) где / — длина плнты. Тогда /=(40—28-1,18)/(28—I) =0,25 м. Среднее давление по подошве плит ps = 500-40/ /(28 • 2,83) =253 кПа. Фактический коэффициент пре- вышения расчетного сопротивления 6^=253/222 = 1,139. По этому давлению подбираем марку плиты по проч- ности. Принимаем марку ФЛ 24.12-2. Расход бетона составляет 31,86 м3, а металла — 0,72 т. Заменяем плиты прямоугольные плитами с угло- выми вырезами марки ФК 24.12. Площадь плит с вы- резами составляет 2,496 м2. ент превышения расчетного сопротивления основания Фактическое среднее давление по подошве преры- вистого фундамента из плит с вырезами р^ = 500-40/ /(28 2,496) =286 кПа. Фактический коэффициент пре- вышения расчетного сопротивления 6^=286/222 = = 1,29<6^= 1,3 (если 6 уменьшаем расстояние между плитами до расстояния, при котором выпол- няется условие k Для прерывистого фундамента применяем плиты с угловыми вырезами марки ФК 24.12-25В, рассчитан- ные на среднее давление по подошве р=250 кПа (несущая способность указанных плит отвечает сред- нему давлению, отнесенному к площади плиты, вы- численной по внешним размерам с учетом площади вырезов). Расход бетона в этом случае составляет 29,7 м3, а металла—0,63 т. Таким образом, при уст- ройстве прерывистых фундаментов из сплошных плит расход бетона больше в 1,07, а металла — в 1,14 раза. 3. Исходные д а н н ы е: те же, что и в п. 2, но в основании грунты залегают неравномерно, с пе- репадом толщины слоя в пределах здания в 2 раза. Решение. Применяем прерывистые фундаменты без превышения расчетного сопротивления основания. Расчетная ширина фундамента b м. Плиты сплошные, прямоугольной формы, шириной 6^=2,4 м, Расстояние между плитами определяем по формуле 1Ь=(УЬс~ i) l- (5.48) Тогда 1Ъ = (2,4/2,25 — 1) 1,18 = 0,08 м Число плит в прерывистом фундаменте находим по формуле п = (L + с)/(/ + с) (5.49) и получаем: н = (40 + 0,08)/(1,18 + 0,08) = 32 шт. Площадь прерывистого фундамента Afo = 32-2,4X XI, 18=90,6 м2. Среднее давление по подошве плит р=500-40/90,6=221 кПа. Принимаем прямоугольные плиты марки ФЛ 24.12-2. Расход бетона па фунда- мент составляет 36,4 м3, а металла — 0,83 т. Вместо сплошных плит нужно применить плиты е вырезами марки ФК 24.12-25В*. В этом случае рас- ход бетона составит 34 м3, а металла — 0,73 т, что меньше, чем при сплошных плитах, соответственно на 7 и 12 %. При проектировании фундаментов необхо- димо учитывать следующее: промежутки между плитами прерывисто- го фундамента должны быть заполнены пес- ком или местным грунтом с трамбованием; краевые давления при внецентренной на- грузке не должны превышать 1,2 среднего дав- ления по подошве; при расчете осадок прерывистый фунда- мент из любых плит следует рассматривать как непрерывный ленточный фундамент шири- ной, равной ширине прерывистого фундамента; давление по подошве плит, пересчитанное на нагрузки, принимаемые для расчетов по прочности, не должно превышать давления, на которое запроектирована конструкция плит. J Б. ВНЕЦЕНТРЕННО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ Размеры внецентренно нагруженных фун- даментов определяются исходя из условий: р с /?; (5.50) Ртах 1,2/?; (5.51) (5.52) где р — среднее давление под подошвой фундамента от нагрузок для расчета оснований по деформациям; Ртах ~ максимальное краевое давление под подош- вой фундамента; РстаХ — то же, в угловой точке при действии моментов сил в двух направлениях; R —» расчетное сопротивление грунта основания. Максимальное и минимальное давления под краем фундамента мелкого заложения при действии момента сил относительно одной из главных осей инерции площади подошвы опре- деляется по формуле pniax = N/A±Mxy/Ix, (5.53) min где N — суммарная вертикальная нагрузка на основа- ние, включая вес фундамента и грунта на его обре- зах, кН; А — площадь подошвы фундамента, м2; —момент сил относительно центра подошвы фун- дамента, кН-м; у — расстояние от главной оси инер- ции, перпендикулярной плоскости действия момента сил, до наиболее удаленных точек подошвы фунда- мента, м; 1 х— момент инерции площади подошвы фундамента относительно той же оси, м4. Для прямоугольных фундаментов форму- ла (5.53) приводится к виду Ртах - NIA±MJWX —(NIA)(\. ± 6ех/1), min (5.54) где 117 х—момент сопротивления подошвы, м3; ех~ = Л1Х/У — эксцентриситет равнодействующей верти- кальной нагрузки относительно центра подошвы фун- дамента, м; / — размер подошвы фундамента в на- правлении действия момента, м. Прн действии моментов сил относительно обеих главных осей инерции давления в угло- вых точках подошвы фундамента определяет- ся по формуле PmaX = N^A±Mxy^x±M^/^ (5.55) min У или для прямоугольной подошвы с - Л J 6g* | ^У_\ /с Ртах Д I - 1 h I’ (5.об) min Л \ 1 ° / где М х, Му, Ix, I , еж, еу , х, у — моменты сил, моменты инерции подошвы эксцентриситеты н коор- динаты рассматриваемой точки относительно соответ- ствующих осей; / и b — размеры подошвы фунда- мента.
5.5. Расчет оснований по деформациям Условия (5.50)—(5.52) обычно проверяют- ся для двух сочетаний нагрузок, соответствую- щих максимальным значениям нормальной си- лы или момента. Относительный эксцентриситет вертикаль- ной нагрузки на фундамент &=е/1 рекомен- дуется ограничивать следующими значениями: &и— 1/10 — для фундаментов под колонны производственных зданий с мостовыми крана- ми грузоподъемностью 75 т и выше и откры- тых крановых эстакад с кранами грузоподъ- емностью более 15 т, для высоких сооруже- ний (трубы, здания башенного типа и т. и.), а также во всех случаях, когда расчетное соп- ротивление грунтов основания /?<150 кПа; еи=1/6 — для остальных производствен- ных зданий .с мостовыми кранами и открытых крановых эстакад; еи=1/4— для бескрановых зданий, а так- же производственных зданий с подвесным кра- новым оборудованием. Форма эпюры контактных давлений под подошвой фундамента зависит от относитель- ного эксцентриситета (рис, 5.25): при е<1/6 — Рис. 5.25. Эпюры давлений под подошвой фундамен- та при действии центральной и внецеитренной на- грузки трапециевидная (если 8=1/10, соотношение краевых давлений pminlpmax^= 0,25), при е = = 1/6— треугольная с рулевой ординатой у менее загруженной грани подошвы, при в> >1/6 — треугольная с нулевой ординатой в пределах подошвы, т. е. при этом происходит частичный отрыв подошвы. В последнем случае максимальное краевое давление определяется по формуле 2W Ртах— Q.t , (5.57) О b / g где Ъ — ширина подошвы фундамента; 1а = Ц2—в— длина зоны отрыва подошвы (при £=*/< Следует отметить, что при отрыве подош- вы крен фундамента нелинейно зависит от мо- мента. Распределение давлений по подошве фун- даментов, имеющих относительное заглубление X = d//>1, рекомендуется находить с учетом бокового отпора грунта, расположенного выше подошвы фундамента. При этом допускается применять расчетную схему основания, харак- теризуемую коэффициентом постели (коэффи- циентом жесткости). В этом случае краевые давления под подошвой вычисляются по фор- муле N . I Ртах л 2 С^’ (5.58) min где —крен заглубленного фундамента; с. —коэф- фициент неравномерного сжатия. Пример 5.11. Определить размеры фундамента для здания гибкой конструктивной схемы без подва- ла, если вертикальная нагрузка на верхний обрез фундамента W=10 МН, момент ЛГ=8 МН-м, глубина заложения Ц=2 м. Грунт — песок средней крупности со следующими характеристиками, полученными по испытаниям: е=0,52; ’PII=37°; сХ1=4 кПа; у= 19,2 кН/м8. Предельное значение относительного эксцент- риситета 8Ц = еД=1/6. Решение. По табл. 5.13 /?о=5ОО кПа. Предвари- тельные размеры подошвы фундамента определим исходя из требуемой площади: /?„ — yd 500 - 20-2 Принимаем b-Z=4,2-5,4 м (Д = 22,68 м2). Расчетное сопротивление грунта по формуле (5.29) /?=752 кПа. Максимальное давление под по- дошвой 4. Л000"6 == 440 4- 40 4- 390 = 870 кПа < 1,2 Я = 4,2- 5,4s = 900 кПа. - Эксцентриситет вертикальной нагрузки М 8000 „ ' е — =............—------ — 0,733 м N-byaX 10 000 + Я)-2.22,68 т. е. 8= е// = 0,733/5,4 = 0,135 <8 =0,167. Таким образом, принятые размеры фундамента удовлетворяют условиям, ограничивающим краевое давление и относительный эксцентриситет нагрузки. 5.5.4. Расчет деформаций основания А. ОСАДКИ ФУНДАМЕНТОВ Определение осадки методом послойного суммирования, В методе послойного сумми- рования приняты следующие допущения:
Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения осадка основания вызывается дополни- тельным давлением ро, равным полному дав- лению под подошвой фундамента !р 'за выче- том вертикального нормального напряжения от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента: ро = р—Qzg,o (при планировке срезкой принимается Gzg,o=y'd, при отсутст- вии планировки и планировке подсыпкой GiSiC=~y'dn, где у' —удельный вес грунта, рас- положенного выше подошвы; d и dn — глуби- на заложения фундамента от уровня плани- ровки и природного рельефа); распределение по глубине дополнительных вертикальных нормальных напряжений огр от внешнего давления р0 принимается по теории линейно-деформируемой среды как в однород- ном основании (см. п. 5.2); при подсчете осадок основание делится на «элементарные» слои, сжатие которых опреде- ляется от дополнительного вертикального нор- мального напряжения <угр, действующего по оси фундамента в середине рассматриваемого слоя; сжимаемая толща основания ограничива- ется глубиной 2—Нс, где выполняется условие о2р = 0,2(jzg. (5.59) Если найденная по условию (5.59) нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации £<5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже глу- бины 2—Нс, нижняя граница сжимаемой тол- ши определяется исходя из условия . бгр= — О, l<5zg. Осадка основания s методом послойного суммирования определяется по формуле (5.60) где . |5 — безразмерный коэффициент, равный 0,8; . — среднее значение дополнительного верти- кального нормального напряжения в t-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней ** и нижней г границах слоя по вёртикали, проходящей через центр подошвы фундамента; h .и Е% — соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; п — число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания. При этом распределение вертикальных нор- мальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приве- денной на рис. 5.26. Дополнительные вертикальные нормаль- ные напряжения по вертикали, проходящей че- рез центр рассматриваемого фундамента, на глубине 2 от его подошвы определяются: — от дополнительного давления р0 под подошвой рассчитываемого фундамента [см. формулу (5.12)]; cFzp.A — от дополнительного давления ро/ под подошвой /-го влияющего ЛкмешВ noaHupoffKif Отметка лойошйь/ ан/ндамента ii УПВ 'грВ Ми ж няя граница" сжимаемой /полип/ Рис. 5.26. Схема распределения ветрикальных напря- жений в основании при расчете осадок методом по- слойного суммирования ^zp,o - Ро 619'0 6?р фундамента методом угловых точек по форму- ле (5.18). Суммарное дополнительное напряжение по оси рассчитываемого фундамента с учетом влияния нагрузок от соседних фундаментов оп- ределяется по формуле (5.19). Пример 5.12. Рассчитать осадку фундамента Ф-1 зданья с гибкой конструктивной схемой с учетом влияния нагрузки на фундамент Ф-2 по условиям примера 5.2 (см. рис. 5.11) при следующих данных. С поверхности до глубины h + h^ — G м залегает песок пылеватый со следующими характеристиками, приня- тыми по' справочным таблицам (см. гл. 1): ys=26,6 кН/м3; у=17,8 кН/м3; да = 0,14; е=0,67; =4 кПа; <Pjj =30°; £=18 000 кПа. Ниже залегает песок мелкий с характеристиками: ys=26,6 кН/м3; v=19,9 кН/м’; йу=0,21; е = 0,62; с1Т=2 кПа; <pI]:=320; £=28 000 кПа. Уровень подземных вод находится на глубине 6,8 м от поверхности. Суммарная нагрузка на основание от каждого фундамента (с учетом его веса) W= =5,4 МН. Решение. По формуле (5.21) удельный вес песка мелкого с учетом взвешивающего действия воды ysb = (26,6 - 10)7(1 + 0,62) = 10,2 кН/м3. По табл. 5.11 находим: ус1=1,2 и vc, = l. По табл. 5.12 при <р11==30° находим: Му =1,15; СМд=5,59; Мс = 7,95. Поскольку характеристики грунта приняты по таблицам, £=1,1. По формуле (5.29) получаем: 1 12-1 R =__1--- (1,15.4.17,8 +5,59-2-17,8 + 7,95-4) = = 341 кПа. Среднее давление под подошвой р == 5400/4? = 338 кПа < R = 341 кПа; дополнительное давление на основание р =р —о/ =338— 17,8-2 = 300 кПа. 0 2g Дополнительные вертикальные нормальные на- пряжения в основании фундаментов Ф-1 и Ф-2 под- считаны в примере 5.2, приведены в табл. 5.6 и по- казаны на рис. 5.11. Дополняем табл. 5.6 подсчетом напряжений от собственного веса грунтов azg для определения ннжией границы сжимаемой толщи (табл. 5.16). Из табл. 5.16 видно, что нижняя граница сжима- емой толщи под фундаментом Ф-1 находится на глу- бине Zt=8.0 м (при учете нагрузки только на этот фундамент) и на глубине 22=8,8 м (при учете влия- ния фундамента Ф-2Х. ’ .
5.5. Расчет оснований по деформациям ТАБЛИЦА 5.16. К ПРИМЕРУ 5.12 2. И -• %1 °2р2 gzp ^g 0,2 Gzg E 0 ' . . 300 . . . 0. 300 36 7 Q,® 288 0 288 50 10 1,6 240 0 240 64 13 2,4 182 1 . 183 78 16 18 000 3,2 135 2 137 93 19 4,0 101 3 104 107 21 4,8 77 4 81 123 25 5.6 60 5 65 131 26 6,4 48 6 54 139 28 ПО ПАП 7,2 39 6 45 147 29 Zo UUU 8,0 32 7 39 156 31 8,8 ••• 27 7 34 164 33 , .•УЖ'Ь' Отметка кро&Ш несжимаемое!? лланироока Отметка- - ' лоаошры. сррноамелти " Рис. 5.27. К расчету осадок с использованием рас- четной схемы линейно-деформируемого, слоя- ,,, Примечание. Значения напряжений и моду- ля даны в кПа. Определяем осадку фундамента Ф-1 по формуле (5.60): без учета влияния Ф-2 gzp,z Ei п о п а /300 + 2• 288 + 2-240 + 2-182 + 2-135 + 101 . О,о-0,о ------------:--------------------------- 4* \ 2-18 000 101 + 2-77 4- 2-60 + 2 - 48 + 2-39 + 32 \ 2-28 000 J — 0,033 м = 3,3 см! с учетом влияния Ф-2 о о /300 + 2-288 + 2-240 + 2-183 + 2-137+i04 . - 0,8- 0,8 ------------------------ . —------------Н \ 2-18 000 4- 104 + 2 • 81 + 2 • 65 + 2 • 54 + 2 - 45 + 2 - 39 + 34 \ _ 2-28 000 J = 0,035 м = 3,5 см. Определение осадки основания с исполь- зованием схемы линейно-деформируемого слоя. Средняя осадка фундамента на слое конечной толщины (рис. 5.27) определяется по форму- ле [4] . ' п где р — среднее давление под подошвой фундамента; Ъ — ширина прямоугольного или диаметр круглого фундамента; k си k m — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.17 и 5.18; п — число слоев, различающих- ся по сжимаемости в пределах расчетной толщины слоя Н\ k £ и k __, — коэффициенты, определяемые по табл. 5.19 в зависимости от формы фундамента, соотношения сторон прямоугольного фундамента и относительной глубины, на которой расположены подошвы и кровля г-го слоя (соответственно с^ — =2z ./b и g ._j =2г Е. —модуль деформации i-ro слоя грунта.- Формула (5.61) служит для определения средней осадки основания, загруженного рав- номерно распределенной по ограниченной пло- щади нагрузкой. Эту формулу допускается применять для определения осадки жестких фундаментов. ' ТАБЛИЦА 5.17. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА Относительная толщина слоя z'=2H]b ' kc 0<g'^0,5 1,5 0,5<g'==gl .1.4 :-;-x 1 <g'=s?2 1,3 2<g'<3 1,2 3<g'=g:5 1,1 ’ e'>5 1,0 ТАБЛИЦА 5.18. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА km при среднем значении Ширина фундамен- E, МПа.- Г" та, м <10 . . >10-. b > 10 1 ' 1 10 < b 15 1 1,35 b> 15 1 1,5 Расчетная толщина линейно-деформируе- мого слоя Н (см. рис. 5,27) принимается до кровли малосжимаемого грунта (см. п. 5.1), а при ширине (диаметре) фундамента &>10'М и среднем значении модуля деформации грун-, тов основания £>10 МПа вычисляется по фор-- муле Н = (Я0 + ф&)£р, (5.62) где и ф- принимаются соответственно равными для оснований, сложенных пылевато-глинистыми грунтами 9 м и 0,15, а сложенных песчаными грунта- ми 6 м и 0,1; — фундамент,, принимаемый^ при среднем давлении под подошвой фундамента р= 100 кПа; £р=1,2 прн р=500 кПа; при промеЖу’гбЧ-’ ных значениях — по интерполяции. . .,= s Если основание сложено и пылевато-глини?, стыми, и песчаными грунтами, значение Н оп-. ределяется по формуле Н= Hs + kphci/3, (5.63) где Н s — толщина слоя, вычисленная по формуле’’ (5.62) в предположении, что основание' сложено, то-льи- ко песчаными грунтами; hci — суммарная толщина
§6 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 5.19. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА k г = щь k для фундаментов круглых прямоугольных с соотношением сторон ленточных (П > 10) 1 1,4 1,8 2,4 3,2 5 0,0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,4 0,090 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100 0,104 0,8 0,179 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,200 0,208 1,2 0,266 0,299 0,300 0,300 0,300 0,300 0,300 0,311 1.6 0,348 0,380 0,394 0,397 0,397 0,397 0,397 0,412 2,0 0,411 0,446 0,472 0,482 0,486 0,486 0,486 0,511 2,4 0,461 0,499 0,538 0,556 0,565 0,567 0,567 0,605 2,8 0,501 0,542 0,592 0,618 0,635 0,640 0,640 0,687 3,2 0,532 0,577 0,637 0,671 0,696 0,707 0,709 0,763 3,6 0,558 0,606 0,676 0,717 0,750 0,768 0,772 0,831 4,0 0,579 0,630 0,708 0,756 0,796 0,820 0,830 0,892 4,4 0,596 0,650 0,735 0,789 0,837 0,867 0,883 0,949 4,8 0,611 0,668 0,759 0,819 0,873 0,908 0,932 1,001 5,2 0,624 0,683 0,780 0,834 0,904 0,948 0,977 1,050 5,6 0,635 0,697 0,798 0,867 0,933 0,981 1,018 1,095 6,0 0,645 0,708 0,814 0,887 0,958 1,011 1,056 1,138 6,4 0,653 0,719 0,828 0,904 0,980 1,031 1,090 1,178 6,8 0,661 0,728 0,841 0,920 1,000 1,065 1,122 1,215 7,2 0,668 0,736 0,852 0,935 1,019 1,088 1,152 . 1,251 7,6 0,674 0,744 0,863 0,948 1,036 1,109 1,180 1,285 8,0 0,679 0,751 0,872 0,960 1,051 1,128 1,205 1,316 8,4 0,684 0,757 0,881 0,970 1,065 1,146 1,229 1,347 8,8 0,689 0,762 0,888 0,980 1,078 1,162 1,251 1,376 9,2 0,693 0,768 0,896 0,989 1,089 1,178 1,272 1,404 9,6 0,697 0,772 0,902 0,998 1,100 1,192 1,291 1,431 10,0 0,700 0,777 0,908 1,005 1,110 1,205 1,309 1,456 11,0 0,705 0,786 0,922 1,022 1,132 1,233 1,349 1,506 12,0 0,710 0,794 0,933 1,037 1,151 1,257 1,384 1,550 Примечание. При промежуточных значениях g и т) коэффициент k определяется по интерполяции. слоев пылевато-глинистых грунтов в пределах от по- дошвы фундамента до глубины Н, равной значе- нию Н, вычисленному по формуле (5.62) в предполо- жении, что основание сложено только пылевато-гли- нистыми грунтами. Значение Н, найденное по формулам (5.62) и (5.63), должно быть увеличено на толщину слоя грунта с модулем деформации £<10 МПа, если этот слой расположен ниже Н и толщина его не превышает 0,2//. При большей толщи- не слоя такого грунта, а также если лежащие выше слои имеют модуль деформации £< <10 МПа, расчет деформаций основания вы- полняется по расчетной схеме линейно-дефор- мируемого полупространства. Пример 5.13. Определить среднюю осадку фунда- ментной плиты размером 20X100 м при среднем дав- лении по подошве р=0,3 МПа, если плита опирается на слой песка толщиной 5 м с модулем деформации £=30 МПа, который подстилается моренным суглин- ком, имеющим £=40 МПа. Решение. Расчетную толщину слоя определяем по формуле (5.62) для двух случаев: основание сложено только песчаными и только пылевато-глинистыми грунтами (прн р=0,3 МПа коэффициент £р=1): Hg =6 -р 0,1-20 = 8 м; Вс1 = 9 + 0,15-20 =12 м; =12 — 5=7 м. Тогда по формуле (5.63) Н = 8 + 7/3 = 10,3 м и 10 м. При £' = 2 • 10/20=1 по табл. 5.17 &с = 1,4; при Е> >10 МПа и &>15 м по табл. 5.18 коэффициент &т= = 1,5. Определяем коэффициенты k . по табл. 5.19, учи- тывая, что 4=100/20=5: при = 2-5/20 = 0,5- -ki = 0,125 при =2-10/20= 1,0- - =0,250 Тогда по формуле (5.61) 0,3-20-1,4 / 0,125 — 0 s =>----------- ---------— 1,5 \ 30 ,0,25 — 0,1251 ... -----------= 0,04 м = 4 см. 40 ) Осадки центра, середин сторон и угловых точек прямоугольной площади размером b^l при действии на нее равномерного давления р определяются по формуле [2]: (5.64) «тп £ где £ — модуль деформации грунта основания, при- нимаемый средним в пределах сжимаемой толщи; k'=kt> — коэффициент, принимаемый по табл. 5.20 для центра прямоугольника; k'=ki — то же, для середи- ны большей стороны; k’=k2 — то же, для середины меньшей стороны; k'=k3 — то же, для угловой точки. Осадки поверхности основания при дейст- вии на него равномерного давления р по круг- лой площадке радиусом г на расстоянии R от центра этой площадки также можно опреде- лить по формуле (5.64), в которой коэффици- ент k' = kr принимается по табл. 5.21; [2]. Указанным способом допускается определять осадки поверхности основания за пределами жесткого круглого фундамента. Влияние на осадку рассчитываемого фун- дамента других фундаментов, нагрузок на по- лы и т. п. может быть оценено по формуле (5.64) с использованием схемы фиктивных фун- даментов аналогично определению напряже- ний в основании методом угловых точек либо с помощью ЭВМ по стандартной программе. Дополнительную осадку рассчитываемого фун- дамента от влияния других фундаментов до- пускается принимать равной дополнительной осадке его центра.
5.5. Расчет оснований по деформациям 87 ТАБЛИЦА 5.20. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ka, klt k2, k3 п = ЧН/Ь &0 0 t'=2H/b &0 ^2 0,2 0,091 0,045 0,045 0,024 0,2 0,091 0,045 0,045 0,024 0,5 0,236 0,109 0,109 0,056 0,5 0,227 0,109 0,107 0,056 1 0,464 0,236 0,236 0,115 1 . 0,464 0,227 0,225 0,115 1 2 0,701 0,436 0,436 0,231 3 2 0,801 0,464 0,400 0,231 3 0,801 0,482 0,482 0,305 3 1,019 0,655 0,510 0,325 5 0,892 0,564 0,564 0,380 5 1,238 0,855 0,656 0,460 7 0,928 0,601 0,601 О;416 7 1,338 0,955 0,742 0,545 10 0,955 0,628 0,628 0,444 10 1,420 1,037 0,815 0,617 0,2 0,091 0,045 0,045 0,024 0,2 0,091 0,045 0,045 0,024 0,5 0,227 О.ЮЭ 0,108 0,056 0,5 0,227 0,109 0,107 0,056 1 0,464 0,236 0,231 0,115 1 0,464 0,227 0,225 0,115 1.5 2 0,773 0,446 0,404 0,231 5 2 0,801 0,464 0,400 0,231 3 0,910 0,564 0,508 0,323 3 1,028 0,655 0,511 0,326 5 1,037 0,682 0,617 0,426 5 1,310 0,919 0,656 0,462 7 1,092 0,737 0,669 0,478 7 1,456 1,065 0,752 0,555 10 1,137 0.783 0,712 0,518 10 1,592 1,192 0,852 0,652 0,2 0,091 0,045 0,044 0,024 0,2 0,091 0,045 0,045 0,024 0,5 0,227 0,109 0,107 0,056 0,5 0,227 0,109 0,107 0,056 1 0,464 0,227 0,225 0,115 1 0,464 0,227 0,225 0,115 2 2 0,792 0,464 0,403 0,231 10 2 0,801 0,464 0,400 0,231 3 0,974 0,610 0,514 0,324 3 1,028 0,655 0,511 0,326 5 1,128 0,755 0,641 0,448 5 1,319 0,928 0,658 0,463 7 1,201 0,837 0,708 0,512 7 1,492 1,110 0,756 0,558 10 1,265 0,883 0,762 0,565 10 1,702 1,310 0,858 0,659 ТАБЛИЦА 5.21. ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА kr Г kr при р = Д/г 0 0,25 0,5 0,75 1 1,25 1,5 2 2,5 3 4 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,25 0,12 0,12 0,12 0,12 0,05 0 0 0 0 0 0 0 0,5 0,24 0,24 0,23 0,22 0,11 0,01 0 0 0 0 0 0 0,75 ' 0,35 0,35 0,34 0,29 0,16 0,03 0,01 0 0 0 0 0 . 1 0,45 0,44 0,42 0,35 0,21 0,07 0,02 0 0 0 0 0 1,5 0,58 0,57 0,53 0,45 0,28 0,13 0,07 0,02 0 0 0 0 2 0,65 0,64 0,60 0,52 0,34 0,17 0,10 0,04 0,01 0 0 0 3 0,74 0,73 0,68 0,59 0,41 0,23 0,16 0,08 0,04 0,02 0 0 5 0,81 0,79 0,74 0,66 0,47 0,30 0,22 0,13 0,09 0,06 0,02 0,01 7 0,84 0,82 0,77 0,69 0,50 0,33 0,24 0,15 0,11 0,08 0,04 0,02 10 0,85 0,83 0,79 0,71 0,52 0,35 0,27 0,18 0,13 0,10 0,06 0,04 ее 0,91 0,89 0,84 0,76 0,58 0,40 0,32 0,23 0,18 0,15 0,11 0,09 КОЭФФИЦИЕНТА си ТАБЛИЦА 5.22. ЗНАЧЕНИЯ Форма загруженной площади П со для определения осадки равномерно загруженной площади осадки абсолют- но жесткого фундамента ®const в угловой точке со с в центре % средней Прямоу- гольная 1 1,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,5 е>0 1,12 1,36 1,53 1,78 1,96 2,10 2,23 2,33 2,42 2,49 2,53 0,95 1,15 1,30 1,53 1,70 1,83 1,96 2,04 2,12 2,19 2,25 0,88 1,08 1,22 1,44 1,61 1,72 1,83 1,92 2,00 2,06 2,12 Круглая 0,64 1,00 0,85 0,79 Определение осадки путем непосредствен- ного применения теории линейно-деформируе- мой среды. Для предварительной оценки оса- док фундаментов допускается пользоваться формулой s~pb® (1 — v2)/5, (5.65) где со — коэффициент, принимаемый по табл. 5.22,* v—коэффициент Пуассона. Во всех случаях формула (5.65) приводит к преувеличению расчетных осадок (по срав- нению с методами, рекомендуемыми нормами). Достаточно удовлетворительные результаты эта формула дает при ширине фундамента м и соотношении сторон т] = //&<10. Б. КРЕН ФУНДАМЕНТОВ При действии внецентренной нагрузки крен фундамента определяется по формуле 1 — v2 Ne i = -------kP------- Ekm е (а/^ (5.66) где Е и v — модуль деформации ;i коэффициент Пу- ассона грунта основания (при неоднородном основа-
ад.: Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 5.23. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА fee " —— Ффряг-а фундамента и направление дейст- п *е при £'=2Н/й ... 0,5 1 1,5 2 3. . 4 5. _ со. . вия момента - ‘ S* Прямоугольная с мо- 1 0,28 0,41 0,46 0,48 0,50 0,50 0,50 ' 0,50 метон вдоль боль- 1,2 0,29 0,44 0,51 0,54 0,57 0,57. 0,57 ' 0,57 шей стороны 1,5 0,31 0,48 0,57 0,62 0,66 0,68 0,68 0,68 е 2 0,32 0,52 0,64 0,72 0,78 0,81 0,82 0,82 3 0,33 0,55 0,73 0,83 0,95 1,01 1,04 1,17 1 1 I 5 0,34 0,60 0,80 0,94 1,12 1,24 1,31 1,42 —Ч J 10 0,35 0,63 0,85 1,04 1,31 1,45 1,56 . 2,00 То же, вдоль мень- 1 0,28 0,41 0,46 0,48 0,50 0,50 0,50 0,50 шей стороны 1,2 0,24 0,35 0,39 0,41 0,42 0,43 0,43 0,43 1,5 0,19 0,28 0,32 0,34 0,35 0,36 0,36 0,36 2 0,15 0,22 0,25 0,27 0,28 0,28 0,28 0,28 ' ГП'чП*- ' 3 0,10 0,15 0,17 0,18 0,19 0,20 0,20 ' 0,20 5 0,06 0,09 0,10 0,11 0,12 0,12 0,12 0,12 10 0,03 0,05 0,05 0,06 0,06 . 0,06 0,06 0,07 Круглая 4 — -| 0,43 0,63 0,71 0,74 0,75 0,75 0,75 0,75 —- - Примечание. При использовании расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого полу- пространства коэффициент ke принимается по графе, соответствующей G/=“°° яйя значения Е и v принимаются средними в преде- лах сжимаемой толщи); kg— коэффициент, прини- маемый по табл. 5.23; N — вертикальная составляю- щая равнодействующей всех нагрузок на фундамент на уровне его подошвы; е — эксцентриситет; а — дна- эдетр круглого или сторона прямоугольного фунда- мента/в направлении которой действует момент, для фундаментов с подошвой в форме правильного пря- йЁ^тольимка о.= ю (здесь А — площадь много- угольника); коэФФиПиент> учитываемый при расчете крема фундаментов по схеме линейно-дефор- мнруемого слоя при а>10 м и £>10 МПа и прини- маемый по табл. 5.18. Коэффициент Пуассона v принимается по т®бл. i;15. ' Средние (в пределах сжимаемой толщи Нс или толщины слоя Н) значения модуля дефор. мании и коэффициента Пуассона грунтов ос- нования Е и v определяются по формулам: (5.67) (5.68) где А - — плош>да эпюры вертикальных напряжений но осн фундамента от единичного давления под по- дошвой в пределах i-го слоя грунта; для схемы по- лупространства допускается принимать А }—а?р ; h. Кем. формулу (5.60)], для схемы слоя A. [(•СМ- формулу (5.61)]; Е V., ft. —модуль деформа- ций, коэффициент Пуассона и толщина i-ro слоя грунта; п— число слоев, отличающихся значениями Крен фундаментов, вызванный влиянием соседних фундаментов и других нагрузок (на- пример, нагрузок на полы), а также неодно- родностью грунтов основания, определяется по формуле in = (S1 — s2)/L, (5.69) где si и sj — осадки середин противоположных сто- рон фундамента; L — расстояние- между рассматри- ваемыми точками. При определении крена сооружений с вы- соко расположенным центром тяжести необхо- димо учитывать увеличение эксцентриситета вертикальной составляющей нагрузки из-за на- клона этих сооружений. Для высоких соору- жений конечной жесткости, кроме того, реко- мендуется учитывать увеличение указанного эксцентриситета за счет податливости надфун- даментной конструкции. Крен высоких жестких сооружений на не- однородном основании определяется по фор- муле ih = (i±in)l(X-i' Nh*), (5.J0) где i — крен низкого сооружения (т. е. такого,' рав- нодействующую всех нагрузок на которое можно счи- тать приложенной на уровне его подошвы), опреде- ляемый по формуле (5.66); 1' = ЦМ — то же, от еди- ничного момента; N — вертикальная составляющая всех нагрузок на основание; ft* — высота от подош- вы фундамента до точки приложения равнодейству- ющей. - ..... . Пример 5.14. Требуется рассчитать осадку и крен фундаментной плиты силосного корпуса, состоящего из четырех сблокированных железобетонных банок. Инженерно-геологический разрез участка и плац фун- даментной плиты показаны на рис. 5.28, фнзико-ие-
5.5. Расчет оснований по деформациям ТАБЛИЦА 5,24. К ПРИМЕРУ 5.14 Номер слоя Грунт Толщина слоя, м ^П’ кН/м3 е Sr СП’ кПа фи.° . Е, МПа 1 Песок мелкий .... 3,5—4,5 18,7 0,70 0,75 9 30 22 0,3 2 . Суглинок мягкопластич- ный . ....... 1,0—3,5 19,6 0,70 0,89 0,60 21 18 15 0,35 3 Суглинок моренный . . 8,5—10 20,7 0,55 0,90 0,40 30 22 40' 0,35 4 Песок иылеватый . . . >2 19,9 0,56 0,80 —• 6 34 28 0,3 • - & 26 Рис. 5.28. Геологический разрез участка а и план фундаментной плиты б 7 —песок мелкий; 2 — суглинок мягкопластичный; 3— суглинок моренный; 4 — песок пылеватый ханические характеристики грунтов, полученные в результате изысканий, приведены в табл. 5.24. Расчетные нагрузки на основание (для расчета его по деформациям): постоянная от собственного веса всего сооружения, включая фундаментную пли- ту, G=44,2 МН, временная от загрузки одной силос- ной банки N ^=27 МН, момент от ветровой нагрузки Л4Ш=46 МН • м. Толщина фундаментной плиты 1,2 м, глубина ее заложения di=d=2,5 м, размеры в плане 26X26 м, толщина слоя грунта обратной засыпки (сверху плиты) й^у = 1,3 м. Решение. Находим среднее давление на основание при полной загрузке снлоса с учетом веса грунта обратной засыпки ' >=(G + Wnl)M + ^db/ = ... = (44 200 + 4.2700)/265+ 18,7 • 1,3 = 225 + 24 = = 249 кПа « 250 кПа. Для определения расчетного сопротивления грун- та основания предварительно вычисляем толщину зо- ны, в пределах которой необходимо производить осреднение прочностных характеристик’' (см. п. 5.5.2): zm == t + 0,16 = 4 + 0,1 • 26 =6,6 м, что несколько больше средней суммарной толщины слоев 1 и 2 (6,25 м), но меньше суммарной толщины этих слоев под западным краем плиты (7 м). Поэто- му для осреднения характеристик принимаем толщи- ну слоя 1 61=4 м и толщину слоя 2 hi=2,Q м. . Находим: • - : - (30.4+18-2,6) <рц = *-----Т------« 25°; 6,6 (2-4 + 21-2,6) „ „ стт --------------- № 9 кПа; 6,6. (18,7-4+ 19,6-2,6) 1П „ ... . Vjj — 1 ..... » 19 кН/м3. 656 При <р и=25° имеем: М =0,78, А4^=4,11, М^”6,67; для слоя 1 V С1 =V ей =1,3, для слоя 2 УС2 = 1,0. Осредняем эти коэффициенты а.нйдагачао тому, как это сделано в отношении ф и с; 6,6 » (1,3-4+ 1-2,6) , V с9==—— --------—’’ =1,18. 6,6 у Вычисляем коэффициент kz: kz— 8/26 + 0,2 = 0,51. Поскольку подвал в данном сооружении отсутст- вует (о!^=0), формула (5.29) для определения iрас- четного сопротивления грунта основания принимает вид R = ~k~ к* b^1 + Mq dl 711 + cn)-‘' Вычисление по этой формуле дает: Д =...(0,78 - 0,51 - 26-19 + 4,11 - 2,5-18,7 + + 6,67-9) = 1,44 (196+ 192 + 60) = 1,44-448 «> 645. кПа,. т. е. R намного больше р=250 кПа. Давление под краем фундаментной плиты при загруженни двух силосных банок Ре = VII dbf + (G + Wvl)/A + 2^ e/W + Mw/W: = iS 7 1 чщ (44 200 + 2-27 000.) - 26= + ^Z22L61L + ^^ = 24 + 145 +lll+l5. 26* 26= « 300 кПа < 1,27?; 300 кПа < 774 кПа... Проверяем давление на кровлю слоя 2, располО:
90 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения жеиного на глубине 2 = 4 м от подошвы Фундамента. При Г) = 1 и ^=*2-4/26 = 0,31 находим: а=0,97. Вертикальные напряжения в грунте на глубине г= = 4 м составляют: от внешней нагрузки п т. = ар = 0,97 • 250 = 242 кПа; от собственного веса грунта Gzg = (dl + 2) = 18’7 В * <2’5 + 4) = 122 кПа. Суммарное вертикальное напряжение будет: а2Р + Gzg ~ 242 + 122 = 364 КПа- По формуле (5.38) определяем ширину условного фундамента &2 на кровле слоя 2: & =1/рЬ'/П-п = 1/250-26=/242 = 26,4 м. Z ' Z JP При <р 13.= 18° имеем: Му =0,43; М g=2,73; М с=5,31; T’cl’1’1 и Ч’сдГ1’0- Тогда R = -L?—L <0,43.0,51 - 26,4-19,6 + 2,73.6,5-18,7 + 5.31Х 1 Х21) = 1,1 (113 + 332+ 112) = 1,1-557 = 613 кПа> > 364 кПа. Поскольку ширина фундаментной плиты &>10 м и основание сложено грунтами с модулем деформа- ции £>10 МПа, для расчета деформаций основания используем расчетную схему линейно-деформируемо- го слоя. Определим толщину линейно-деформируемого слоя Н. При давлении р=250 кПа коэффициент kp~ =0,95. Учитывая, что основание неоднородно, полу- чим: Я =(6 + 0,1-26) 0,95 = 8,2 м; Hcl = l,5Hs = 12,3 м. Суммарная толщина слоев пылевато-глинистых грунтов в пределах толщи, равной , составляет = 12,3—4=8,3 м. Тогда Н = 8,2 + 8,3/3 = 8,2 + 2,8 = 11 м. Для определения средней осадки плиты предвари- тельно находим коэффициенты kk ,а При £'=2-11/26=0,85 коэффициент /г0=1,4; при 6=26 и и £>Ю МПа коэффициент /?т=1,5. Коэффициенты / $ определяем при i]=//h = l вы- полняя интерполяцию в зависимости от значений £.=2z.^b. Результаты сводим в табл. 5.25, в которой значения г -и соответствующие им значения £. и + относятся к вертикалям, проходящим через центр (точка С) и середины западной и восточной сторон (точки /1 и В} плиты (см. рис. 5.28,6). Средняя осадка плиты по формуле (5.61) при дав- лении р = 250 кПа=0,25 МПа: ТАБЛИЦА 5.25. К ПРИМЕРУ 5.14 Номер слоя Точка z., м k. 1 А 3,5 0,27 0,068 / В 4,5 0,35 0,088 С 4,0 0,31 0,078 А 7,0 0,54 0,135 9 В 5,5 0,42 0,105 С 6,25 0,48 0,120 А 11 0,85 0,213 3 В 11 0,85 0,213 С 1 11 0,85 0,213 0,25-26-1,4 / 0,078 , 0,120 — 0,078 , s —--------------------,--------------)- 1,5 \ 22 15 л 914__ о ion \ + = 6,07-0,00867 = 0,053 м = 5,3 см, 40 ) что существенно меньше предельного значения сред- ней осадки, равной лц = 40 см. ' Для определения крена плиты необходимо рас- сматривать силосный корпус в целом как сооружение с высоко расположенным центром тяжести и учиты- вать увеличение эксцентриситета вертикальной на- грузки из-за наклона сооружения. Предварительно вычисляем средние (в пределах слоя толщиной /7=11 м) значения модуля деформа- ции и коэффициента Пуассона грунта основания. 3 Принимая во внимание, что S (k.—k._______1)=^з“ /=1 г 11 3 = 0,213, а значение S [(5 ..л )/£ . ] уже вычнсле- г=1 г г 1 г но при определении средней осадки (эта сумма рав- на 0,00867 МПа"1), по формулам (5.67) и (5.68) получаем: А211_ = 24,6 МПа; 0,00867 V = J— (0,3-4 + 0,35-7) = 0,33. 11 Вычисляем крен фундамента (без учета увели- чения эксцентриситета при наклоне сооружения) от внецентренной вертикальной нагрузки (заполнения двух силосных банок) и ветровой нагрузки. По табл. 5.23 при £'=0,85 и т)=1 находим feg=0,37. Тогда по формуле (5.66) i = o,37 iL^L^Lh4® =6,i. io—6 • 370 = 0,0023 24,6 133 L g (здесь попутно вычислено значение , ко- торое потребуется в дальнейших расчетах. Крен фундамента, вызванный неоднородностью основания, определяем как отношение разности оса- док противоположных сторон фундамента к его ши- рине. Вычисляем средние значения модулей деформа- ции грунта для вертикалей, проходящих через точки А и В фундаментной плиты, пользуясь полученными ранее значениями k (см. табл. 5.25): В 0.213 Ея — ----------------------------------------——- = 0,068 , 0,135 — 0,068 , 0,213 — 0,135 1 1- ------ 22-------------------------------------15-40 = 22,4 МПа £В =-------- 0,088 22 _________0,213 0,105 — 0,088 0,213 — 0,105 15 40 = 27,2 МПа. Поскольку силосный корпус — сооружение жест- кое, осадки его краев определяем по формуле „ _ Pbkc k3 km~E ‘ Тогда осадки в точках А и В будут: 44, ТС 0,25.26-1,4-0,213 „ ,,.о . „ s = —1------------------- 0,048 м = 4,8 см. В 1,5-27,2 Крен фундамента, вызванный неоднородностью основания, находим из выражения (5.69): t _ n 26 Расстояние Hr от подошвы фундамента до точки приложения равнодействующей вертикальных нагру- зок, определенное как отношение статического мо- мента этих нагрузок относительно подошвы фунда- мента к их сумме, равно 22,4 м.
5.5. Расчет оснований по деформациям 91 Рис. 5.29. К расчету внецентренно загруженного фун- дамента с учетом его упругого защемления в грунте Суммарная вертикальная нагрузка на основание при заполнении двух силосных банок N = О + 2Л?С1 + Vii dbf А = 44’2 + 2‘27 + 4- 0,0187-1,3-26s = 114,6 МН. Крен силосного корпуса с учетом внецентренного его загруження, неоднородности основания и изме- нения эксцентриситета нагрузки при наклоне соору- жения по формуле (5.70) 0,0023 4-0,0004 _ 1— 6,ЫО—6-114,6-22,4 = = 0,00274, 0,984 что меньше предельного значения крена для рас- сматриваемого сооружения. Крен фундамента, упруго защемленного в грунте (имеющего относительное заглубление X=d/Z>l), рекомендуется' определять с ис- пользованием расчетной схемы основания (рис. 5.29), характеризуемой коэффициентами не- равномерного сжатия в вертикальном направ- лении под подошвой фундамента с/, неравно- мерного сжатия в горизонтальном направле- нии сх и сдвига в плоскости подошвы с т . Коэффициент Ci, МПа/м3, определяется по формуле (5.71) c. = M/(fep7), где Л1 — момент, действующий на верхний обрез фун- дамента, МН-м; i — крен фундамента без учета его заглубления, определяемый по формуле (5.66); I — момент инерции подошвы фундатиента, м4; k — ко- Л эффициент, принимаемый равным —ОДЛ. при Л<2 и k =0,8 при Л>2 (здесь Л=<7//— относитель- иое заглубление фундамента); для фундаментов промзданий, оборудованных мостовыми и (или) под- весными кранами, принимается й . = 1, а при расчете Л крена фундаментов опор открытых крановых эста- кад: для песков и супесей k =1,5, суглинков k — Л Л = 1,2, глин k =1,1. Л Значение ст допускается принимать рав- ным ст ==0,35сг. Коэффициент Сх принимается линейно воз- растающим с глубиной: Сх = 0 при z=0 и сх~ — (Зе, при z=d (см. рис. 5.29), т. е. (г) = |3сг zld, (5.72) где Р — коэффициент, зависящий от степени уплот- нения грунта обратной засыпки, т. е. отношения (плотности в сухом состоянии грунта обрат- ной засыпки к соответствующей характеристике грун- та природного сложения): Pdfpd - .... 1.00 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 Р ........ . 1,00 0,88 0,76 0,64 0,50 0,40 Крен фундамента id с учетом его защем- ления в грунте определяется по формуле . Ч(Л + ст^) + ^(з0 + Ст^) - (So + dAf (5.73) а глубина, на которой расположен центр его поворота, — по уравнению Л4±(50 -Нт dA) -I- Q(70 -j- d* Л ) -- • м! (Л + сх 4 + Q (S„ + ЧЛ) где Afi = A44-Qfto — см. рис. 5,29; d, 4, / — глубина заложения, площадь и момент инерции подошвы фун- дамента;
'92 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого. заложения. здесь b j 'и hj— см. на рис. 5.29. Краевые давления под под'ошвой заглуб- ленного фундамента определяются по форму- Рис. 5.30. К примеру расчета крена ле (5.58), в' которую следует подставлять зна- чение Q, вычисленное по формуле (5.73). Реактивное сопротивление грунта ox(z) по передней и задней граням фундамента опреде- ляется по формуле (Ух (?) =— (z0 — г) id г Id. Напряжения <jx(z) не должны превышать предельных . значений oxu(z), вычисляемых по зависимости 4ус , , , ,. • <Гш(г) =----------- (yi г tgqjj + cj, (5.75) Yn cos (pj Где у c—коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,2; уп—коэффициент надежности, прини- маемый равным 1,0; фр и Yj —расчетные значе- ния угла внутреннего трения, сцепления и удельного веса грунта, расположенного выше подошвы фунда- мента. . . . Горизонтальное перемещение верха фун- дамента определяется по формуле (7о+^) id- (5.76). В^йроектах-'фуйдаментов,- перемещения ко- торых определены с учетом их упругого защем- ления в грунте, должны содержаться требо- вания об устройстве обратных засыпок в соот- ветствии с требованиями норм. Степень уплот- нения грунта обратной засыпки pfl-/ptz следует назначать не менее 0,9. Пример 5.15. Определить крен фундамента,, раз- меры которого и нагрузки приведены на рис. 5.30. Грунт основания — супесь, со следующими характери- стиками: ф11=28°, с1г=8 кПа, 7=18,4 кН/м3, У d~ = 16,5 кН/м3, £=21 МПа. Фундамент возводится' в открытом котловане, засыпка пазух которого-преду- сматривается тем же грунтом с уплотнением до удельного веса в сухом состоянии у^=16 кН/м3, т. е. степень его плотности р ,/0 ,=у 'ly = 16/16,5=0,97 и co- rf ‘ d d d ответственно [3 = 0,81. Площадь подошвы фундамента А = 3-4,2= 12,6 м2. Момент инерции•- " / = 3-4,23/12 = 18,52 м*. Решение. Для коэффициента с. находим крен фундамента по формуле (5.66) (по табл. 1,15 v = U,3, по табл. 5.23 при т]=4,2/3= 1,4 k =0,64): Относительное заглубление фундамента Z=d//=1. Тогда по выражению (5.71) при k. =1—0,1-1=0,9 Л С. = —---------------=20 МПа/м3. 1 0,9-0,0024-18,52 Откуда с =0,35с. =0,35-20 = 7 МПа/м3, т * Для определения значения iпредварительно по формулам (5.74) вычисляем: Ло = [з (4,23 — 3,92 ) 4- 2,1 (3,92 — 3,64 4- ' 2'4,2 4-0.9-3.62] = 45,6 МН/м; So = ...?.181.J£. . [3 (4,2’ — 3,9s) -J- 2,1 (3,93 — 3,63) +’ 3-4,2 . 4- 0,9-3,63] = 145 МН; [0 = ..°’81'?9.., [з (4,2< — 3,94 + 2,1(3,94 — 3,64) + ; ‘ 4-4,2 4- 0,9-3,64] =? 505 МН-м. По формуле (5.73) — °’8 <45'6 + 7'12’6) + 0.08 (145 + 7-4,2-12,6) d (45,6 + 7-12,6)(505 + 20-18,52 -f- 7• 4,22-12,6) — — (145 4- 7-4,2-12,6)2 . =0,0025. При определении крена фундамента без учета его защемления в грунте необходимо было бы учесть момент Af+Qd=0,8+0,08-4,2= 1,14. МН-м. Тогда по формуле (5.66) крен фундамента составил бы 1= =0,0034, Таким образом, учет бокового отпора грун- та привел к уменьшению крена фундамента и соот- ветственно краевых давлений [см. формулу (5.58)] на 27 %. 5.5.5. Предельные деформации основания , Предельные значения совместной деформа* ции основания и сооружения устанавливаются исходя из необходимости соблюдения: а) технологических или архитектурных тре- бований к деформациям сооружения (измене- ние проектных уровней и положений сооруже-
5.5. Расчет оснований .по деформациям S3 ния в целом, отдельных его элементов и обо- рудования, включая требования к нормальной работе лифтов, кранового оборудования, подъ- емных устройств элеваторов и т. п.) sus; б) требований к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая об- щую устойчивость сооружения sUf. Предельные значения совместной дефор- мации основания и сооружения по технологи- ческим или архитектурным требованиям sus должны устанавливаться соответствующими нормами проектирования зданий и сооружений, правилами технической эксплуатации оборудо- вания или заданием на проектирование с уче- том в необходимых случаях рихтовки обору- дования в процессе эксплуатации. Проверка соблюдения условий s<sus производится в со- ставе расчетов сооружений во взаимодействии с основанием после соответствующих расчетов конструкций сооружения по прочности, устой- чивости и трещиностойкости. Предельные значения совместной дефор- мации основания и сооружения по условиям прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций должны устанавливаться рас- четом сооружения во взаимодействии с осно- ванием. Такой расчет, как правило, выполняет- ся при разработке типовых проектов сооруже- ний для нескольких вариантов грунтовых условий, отличающихся прочностными и дефор- мационными характеристиками грунтов, а так- же степенью изменчивости сжимаемости ос- нования в плане сооружения. Проверка соблю- дения условия s<Suf в стадии привязки типо- вых проектов к местным грунтовым условиям является косвенной проверкой прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций сооружений. При разработке индивидуальных проектов сооружений, конструкции которых рассчитыва- ются во взаимодействии с основанием, значе- ния sUf не требуется устанавливать. Указанные величины допускается не устанавливать и для сооружений значительной жесткости и прочно- сти (например, зданий башенного типа, домен), а также для сооружений, в конструкциях ко- торых не возникает усилий от неравномерных осадок основания (например, различного-рода шарнирных систем). Для упрощения расчета оснований по де- формациям при привязке типовых проектов к местным грунтовым условиям рекомендуется в процессе разработки типовых проектов соору- жений по значениям sus и sUf устанавливать следующие критерии допустимости применения этих проектов: предельные значения степени изменчивости сжимаемости грунтов осе, соответствующие различным значениям среднего модуля дефор- мации грунтов в пределах плана сооружения Е или средней осадки основания сооружения S; предельную неравномерность деформаций основания As0, соответствующую нулевой жесткости сооружения. В типовых проектах рекомендуется указы- вать перечень грунтов (с указанием простей- ших характеристик их свойств, а также харак- тера напластований), при наличии которых в основании сооружений не требуется выполнять расчет оснований по деформациям. Степень изменчивости основания, ag опре- деляется отношением наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов основания в пределах плана сооруже- ния к наименьшему значению. Среднее значе- ние модуля деформации грунтов основания Е в пределах плана сооружения определяется как средневзвешенное (с учетом изменения сжимаемости грунтов по глубине и в плане со- оружения). Зависимость предельных значений о-е от среднего .модуля деформации грунтов основа- ния Е или от средней осадки основания соору- Рис. 5.31. Зависимость предельных значений а „ от Е £ (кривые' 1, 2 и 3 соответствуют ширине подошвы фун- даментов. под несущие стены blt Ьъ, Ь3, причем Х?2>Йз) женйя s используется преимущественно для протяженных жилых зданий. Пример такой .за- висимости для пятиэтажных крупнопанельных жилых домов серии 1-464 приведен на рис. 5.31. Для облегчения вычисления средних оса- док'зданий при привязке типовых проектов к местным грунтовым условиям рекомендуется в типовых проектах приводить- их расчетные зна- чения в BHjie's = k/E, где k— коэффициент, за- висящий от принятого конструктивного реше- ния . фундаментов и действующих .на нцх .на- грузок, кН/м.
94 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения ТАБЛ ИЦА 5.26. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИЯ Сооружения Относительная разность осадок /Д s\ Крен iu Средняя su или максимальная smax,u <в скоб“ ках) осадка, см 1. Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные здания с полным каркасом: 0,002 (8) стальным —• 0,004 (12) 2. Здания и сооружения, в конструкциях которых не 0,006 (15) возникают усилия от неравномерных осадок 3. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими сте- нами: из крупных панелей 0,0016 0,005 10 из крупных блоков или кирпичной кладки без арми- рования 0,0020 0,0005 10 то же, с армированием, в том числе с устройством железобетонных поясов 4. Сооружения элеваторов из железобетонных конст- рукций: рабочее здание и силосный корпус монолитной кон- 0,0024 0,005 15 струкции на одной фундаментной плите — 0,003 40 то же, сборной конструкции —— 0,003 30 отдельно стоящий силосный корпус монолитной 0,004 конструкции . ........ —• 40 то же, сборной конструкции —• 0,004 30 отдельно стоящее рабочее здание 0,004 - 25 5; Дымовые трубы высотой Н, м: 0,005 //<100 40 100<//<200 —— 1/(2//) 30 200<//<300 —> 1/(2//) 20 //>300 . . 1/(2//) 10 6. Жесткие сооружения высотой до 100 м, кроме указан- 0,004 ных в пп. 4 и 5 -• 20 7. Антенные сооружения связи: 0,002 20 стволы мачт заземленные ...... то же, электрически изолированные ....... 0,001 10 радиобашни 0,002 —• башни коротковолновых радиостанций ...... 0,0025 —1 —- башни (отдельные блоки) 0,001 —— 8. Опоры воздушных линий электропередачи: 0,003 0,003 промежуточные прямые *•— анкерные н анкерно-угловые, промежуточные угло- вые, концевые, порталы открытых распределительных 0,0025 0,0025 устройств —’ специальные переходные . ......... 0,002 0,002 *— Примечания: !. Предельные значения относительного прогиба (выгиба) зданий, указанных в и. 3, принимаются равными 0,5 (&s/L) . 2. При определении относительной разности осадок &s/L в п. 8 за L принимается расстояние между ося- ми блоков фундаментов в направлении горизонтальных нагрузок, а в опорах с оттяжками — расстояние Меж- ду осями сжатого фундамента и анкера. 3. Если основание сложено горизонтальными (с уклоном не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунтов, предельные значения максимальных и средних осадок допускается увеличивать на 20 %. 4. Предельные значения подъема основания, сложенного набухающими грунтами, допускается принимать: максимальный и средний подъем в размере 25 % и относительную неравномерность осадок (относительный выгиб) здания в размере 50 % соответствующих предельных значений деформаций, приведенных в таблице. 5. Для сооружений, перечисленных в пп. 2—3, с фундаментами в виде сплошных плит предельные значения средних осадок допускается увеличивать в 1,5 раза. 6. На основе обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации отдельных видов сооруже- ний допускается принимать предельные значения деформаций основания, отличные от указанных в таблице. Значения Дэ„ устанавливаются при разра- ботке типовых проектов протяженных зданий на основе сопоставления неравномерных де- формаций основания, вычисленных с учетом и без учета жесткости надфундаментных конст- рукций (соответственно Дз и Де0). Отношение &.S/&.S0 зависит от приведенной гибкости зда- ния A,=L(o или его участка Ац — Li® (где L и Li — длина здания и участка его локального искривления; ® =]/" сб/(4Е7), здесь с — сред- нее значение коэффициента жесткости основа- ния, равное отношению среднего давления на основание к его средней осадке; b — приведен- ная ширина продольных фундаментов здания; Е1 — обобщенная изгибная жесткость попереч- ного сечения коробки здания). Пример ука- занной зависимости для пятиэтажных крупно- панельных жилых домов серии 1-464 приведен на рис. 5.32. Перечень грунтов, при которых можно не рассчитывать деформации основания, устанав- ливается на основе полученных при разработ- ке типового проекта зависимостей a,e=f(E). При этом рекомендуется использовать соотно- шения между физическими и механическими характеристиками грунтов, приведенные в спра- вочных таблицах (см. гл. 1). Предельные значения деформаций основа- ний допускается принимать по табл. 5.26, если конструкции сооружений не рассчитаны на уси- лия, возникающие в них при взаимодействии с
5.6. Расчет оснований по несущей способности 95 ТАБЛИЦА 5.27. ВАРИАНТЫ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ, В КОТОРЫХ РАСЧЕТ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЯ ДОПУСКАЕТСЯ НЕ ВЫПОЛНЯТЬ Здания Вариант грунтовых условий Производственные: одноэтажные с несущими конструкциями, мало- чувствительными к неравномерным осадкам (на- пример, со стальным или железобетонным карка- сом на отдельных фундаментах прн шарнирном опирании ферм, ригелей и т. п.), и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т включительно многоэтажные до 6 этажей включительно с сет- кой колонн не более 6x9 м Жилые и общественные прямоугольной формы в пла- не без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с несущими стенами из кирпича, круп- ных блоков или панелей: протяженные многосекционные высотой до 9 эта- жей включительно несблокированные башенного типа высотой до 14 этажей включительно 1. Крупнообломочные грунты при содержании песча- ного заполнителя менее 40 %> пылевато-глинистого-— менее 30 % 2. Пески любой крупности, кроме пылеватых, плот- ные и средней плотности 3. Пески любой крупности, только плотные 4. Пески любой крупности, только средней плотности при коэффициенте пористости е<0,65 5, Супеси при е<0,65, суглинки при е<0,85 н глины при е<0,95, если диапазон изменения коэффициента пористости этих грунтов на площадке не превышав ет 0,2 6. Пески, кроме пылеватых, при е<0,7 в сочетании с пылевато-глинистыми грунтами моренного происхож- дения при е<0,5 и 1 . <0,5 независимо от порядка Zd их залегания Примечания: 1. Таблицей допускается пользоваться при проектировании сооружений, в которых пло- щадь отдельных фундаментов под несущие конструкции отличается не более чем в 2 раза, а также для сооружений иного назначения, чем указано в таблице, при аналогичных с ними конструкциях и нагрузках. 2. Таблицей не допускается пользоваться при проектировании производственных зданий с нагрузками на полы более 20 кПа. основанием, и в задании на проектирование не установлены значения sus. Расчет деформаций основания допускает- ся не выполнять, если среднее давление под фундаментами проектируемого сооружения не превышает расчетного сопротивления основа- ния (см. п. 5.5.2) й выполняется одно из сле- дующих условий: степень изменчивости сжимаемости осно- вания меньше предельной; инженерно-геологические условия площад- ки строительства соответствуют области при- менения типового проекта; грунтовые условия площадки строительст- ва зданий, перечисленных в табл. 5.27, отно- сятся к одному из шести приведенных вариан- тов. Рис. 5.32. Зависимость отношения As/As° от приведен- ной гибкости здания в целом к (1) или его участка (2) 5.6. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ 5.6.1. Общие положения Расчет оснований по несущей способности сводится к определению предельной нагрузки, при которой у сооружений, передающих осно- ванию доминирующую сдвигающую нагрузку, происходит сдвиг, связанный с резко разви- вающимися прогрессирующими перемещениями с захватом части массива грунта основания или непосредственно по подошве (рис. 5.33, а); у сооружений, опирающихся на фундаменты мелкого заложения и передающих основанию доминирующую вертикальную нагрузку, проис- ходит выпирание грунта основания из-под фундамента и связанное с этим резкое, прог- рессирующее нарастание вертикальных переме- щений (рис. 5.33, б); у сооружений, имеющих фундаменты глубокого заложения, нарастание осадок происходит одновременно с увеличени- ем нагрузки (рис. 5.33, в). Зависимости перемещений штампов от на- грузки, получаемые при штамповых испытани- ях грунта, для указанных выше трех случаев представлены на рис. 5.33. При потере несущей способности основа- ния образуются поверхности скольжения, охва- тывающие всю подошву фундамента или со- оружения. В каждой точке поверхности сколь- жения по теории прочности Мора—Кулона между нормальными о и касательными т на- пряжениями выполняется соотношение т = <J tg «р-J-с, (5.77) где ф — угол внутреннего трения грунта; с -т удель- ное сцепление грунта.
96 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Расчет оснований по несущей способности производится в следующих случаях: на основание передаются значительные го- ризонтальные нагрузки (горизонтальное дав- ление грунта на подпорные стены, горизон- тальная составляющая нагрузки на фундамен- ты распорных конструкций, сейсмические воз- действия) ; сооружение расположено на откосе или вблизи откоса; основание сложено медленно уплотняю- щимися водонасыщенными глинистыми и за- торфованными грунтами (при степени влажно- сти Зг>0,85 и коэффициенте консолидации Сг,<107 см2/год); основание сложено скальными грунтами. В первых двух случаях потеря несущей способности связана со значительными пере- мещениями,. поэтому, если конструктивными мероприятиями (устройством полов в подва- ле здания, введением затяжек в распорные конструкции, жестким закреплением откоса, объединением фундаментов в единую систему пространственно жесткой надфундаментной конструкцией) исключена возможность смеще- ния фундамента, расчет по несущей способно- сти можно не производить. Расчет по несущей способности произво- дится из условия F<VcFu/Vn> (5.78) где F — расчетная нагрузка на основание; F и~ сила предельного сопротивления основания; ус — коэффи- циент условий работы, принимаемый: для песков (кроме пылеватых) равным 1,0; для песков пылева- тых и глинистых грунтов в стабилизированном состо- яний — 0,9; для глинистых грунтов в нестабилизиро- ванном состоянии — 0,85; для скальных грунтов це- вывётрелых и слабовыветрелых—1,0; выветрелых — 0,9; сильно выветрелых — 0,8; уп— коэффициент на- дежности пр назначению сооружений, принимаемый для сооружений: I класса равным 1,2, II класса — 1,15 и III класса — 1,1. Основания ленточных фундаментов прове- ряются на устойчивость только в направлении короткой стороны ' (ширины) фундамента, а прямоугольного, квадратного и круглого — Рис. 5.33. Зависимости горизонтальных (и) и верти? кальных ($) перемещений штампов от нагрузки Т — горизонтальная . составляющая нагрузки на штамп (вертикальная составляющая — постоянная); N—вертикальная нагрузка на штамп (при 7'=0) I в направлении действия момента либо направ- ления горизонтальной составляющей нагрузки на фундамент; при этом необходимо учитывать, что потеря устойчивости в зависимости от со- отношения вертикальной и горизонтальной со- ставляющих нагрузок может иметь характер плоского сдвига по подошве или глубокого сдвига с захватом грунта основания. В некото- рых случаях необходима проверка по обоим возможным вариантам разрушения. 5.6,2. Несущая способность оснований, сложенных грунтами, находящимися в стабилизированном состоянии А. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НА ГЛУБОКИЙ СДВИГ ФУНДАМЕНТОВ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОДОШВОЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВНЕЦЕНТРЕННОЙ НАКЛОННОЙ НАГРУЗКИ Вертикальная составляющая Nu силы пре- дельного сопротивления основания, сложенно- го нескальными однородными грунтами, нахо- дящимися в стабилизированном состоянии, для фундамента с плоской горизонтальной подош- вой определяется по формуле (5-79) где Ь' и I' — приведенные ширина и длина фундамен- та (рис. 5.34): Ь' =Ь—2еъ\ (5.80) /' = / — 2ег, (5.81) (здесь е^и е & —эксцентриситеты приложения рав- нодействующей всех нагрузок, приведенных к подош- ве фундамента, причем символом b обозначена сто- рона фундамента, в направлении которой ожидается потеря устойчивости основания); N и N —без- V q с размерные коэффициенты несущей способности (табл. 5.28), определяемые в зависимости от расчетного, зна-. чения угла внутреннего трения и приведенного зна- чения угла наклона 6, равнодействующей внешней на-
5,6. Расчет оснований по несущей способности ТАБЛИЦА 5.28. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ Угол внут- реннего тре- пня грунта О SPI Обозначение коэффициента Значения коэффициентов для угла наклона к вертикали равнодействующей нагрузки 6° 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 N 0 V 0 N 1,00 - _ • • q N с 5,14 - N V 0,20 (0,05) . 3 " q 1,57 (1,26) б'=4,9 ° —- — —- — —- —• м с 6,49 (2,93) N V 0,60 0,42 (0,12) ю ; N q 2,47 2,16 (1,60) б '=9,8 ° — —- —• — —- —, м с 8,34 6,57 (3,38) I - N V 1,35 1,02 0,61 (0,21) 15 q 3,94 3,45 2,84 (2,06) б'=14,5° — —- —, —- — с 10,98 9,13 6,88 (3,94) N V 2,88 2,18 1,47 0,82 (0,36) 20 N q 6,40 5,56 4,64 3,64 (2,69) С '=18,9° — — — w с 14,84 12,53 10,02 7,26 (4,65) N V 5,87 4,50 3,18 2,00 1,05 (0,58) 25 W q 10,66 9,17 7,65 6,13 4,58 (3,60) б '=22,9° —- —• — n с 20,72 17,53 14,26 .10,99 7,68 (5,58) N V 12,39 9,43 6,72 4,44 2,63 1,29 (0,95) 30 N q 18,40 15,63 12,94 10,37 7,96 5,67 (4,95) б '=26,5° •— N c 30,14 25,34 20,68 16,23 12,05 8,09 (6,85) - - - N V 27,50 20,58 14,63 9,79 6,08 3,38 (1,60) 35 q 33,30 27,86 22,77 18,12 13,94 10,24 (7,04) б '=29,8 ° — —• N C 46,12 38,36 31,09 24,45 18,48 13,19 (8,63) N Y 66,01 48,30 33,84 22,56 14,18 8,26 4,30 (2,79) 40 ~ N q 64,19 52,71 42,37 33,26 25,39 18,70 13,11 (10,46) б'= =32,7 ° — N c 75,31 61,63 49,31 38,45 29,07 21,10 14,43 (11,27) N 177,61 126,09 ' 86,20 56,50 32,26 20,73 11,26 5,45 (5,22) V 45 ' N q 134,87 108,24 85,16 65,58 49,26 35,93 25,24 16,82 (16,42) б'= =35,2 ° N 133,87 107,23 84,16 64,58 48,26 34,93 24,24 15,82 (15,82) Приме i ч а н н я: 1. При про межуточны? значениях <Р1 и 6 коэффг щиенты Nr N q И N с определяются по интерполяции. 2. В скобках приведены значения коэффициентов несущей спосооности, соответствующие предельному значению угла наклона нагрузки С 7—-213
98 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения Рис. 5.34. К определению приведенных размеров фун- дамента а — прямоугольного; б — круглого грузки на основание на уровне подошвы фундамента; 5, , g и £ — коэффициенты формы подошвы фун- V q с дамента; V j и веса грунтов, находящихся соответственно ниже выше подошвы фундамента; при наличии грунтовых вод определяются с учетом взвешивающего действия воды. V — расчетные значения удельного : и Угол б наклона к вертикали равнодейст- вующей внешней нагрузки на основание опре- деляется по формуле tg& = Fh/Fv, (5.82) где F F v—горизонтальная и вертикальная сос- тавляющие внешней нагрузки на основание на уров- не подошвы фундамента. Расчет по формуле (5.82) допускается вы- полнять при условии tg6<sincpI. (5.83) Формула (5.79) применима для расчета ос- нования по несущей способности при условии, что пригрузка со стороны, противоположной возможному выпору грунта, не превышает 0,5/? (здесь /? — расчетное сопротивление основа- ния). При невыполнении условия (5.83) расчет следует производить графоаналитическими ме- тодами. Взвешивающее действие воды при опреде- лении удельного веса грунта учитывается при уровне грунтовых вод как выше, так и ниже подошвы фундамента (в последнем случае только при условии, что этот уровень будет ни- же подошвы фундамента не более чем на двой- ной размер той стороны подошвы, вдоль кото- рой может происходить потеря устойчивости). При промежуточном положении уровня грун- товых вод удельные веса грунта и Y j долж- ны определяться как средневзвешенные. Коэффициенты несущей способности N у Nq и N с, вычисляемые в зависимости от расчет- ного значения угла внутреннего трения грунта Ф=фх, определяются по следующим форму- лам; 1 (cos [cosec ср — МйЕ2 (ctg ср -j- a)] Д', = —I ' - + cos q) ) Nq = cosф/И1 (1 4- Моа); (5.85) гк Nc = (Nq~ l)/tg<P, (5.86) где 1 / sin 6 \ A, = — | л — 6 — arcsin------- ; 2 \ sin ф ] 1 + sin Л . Mi __ —------------ (здесь i — о, 1, 2; COS «j а0 = ф; “i — 2A + Ф5 a2 = 2Л — ,ф); — — Л40); I = (cos A— /MosinA)£; E — exp (% tg<p); F=1 — /M2tg6; P — (1 -f- Mja) (1 4~ sin <p — 2 sin? A). Коэффициенты формы подошвы фундамен- та определяются по следующим зависимостям: Ц- 1-0,25/П; (5.87) = 1 4- 1,5/т]; (5.88) gc= 1 4-0,3/п; (5.89) где Т}=7/&; здесь b и I ширина и длина фундамента, принимаемые при внецентренном приложении равно- действующей равными приведенным значениям Ь' и Г, определяемым по формулам (5.80) и (5.81). Если т)<1, в формулах (5.87)—(5.89) при- нимается iq — 1. При iq>5 фундамент рассмат- ривается как ленточный, а коэффициенты и ^ принимаются равными единице. Пример 5.16. Требуется рассчитать несущую спо- собность основания прямоугольного фундамента. В основании фундамента залегают суглинок с коэф- фициентом пористости е=0,65 и показателем текуче- сти /д=0,4. Нормативное значение угла внутреннего трения грунта (pn=22G; нормативное значение удель- ного сцепления сп=20 кПа. Удельный вес грунта для расчета по первой группе предельных состояний вы- ше подошвы фундамента -р ^.= 16,1 кН/м3, ниже по- дошвы -у .£=17,2 кН/м3; равнодействующая вертикаль- ных расчетных нагрузок f’tj=220 кН; момент и раз- нодействующая горизонтальных нагрузок на уровне верха фундамента соответственно составляют: М'~ = 64 кН-м; f',=80 кН (рис. 5.35). Сооружение II п класса. Решение, Из расчета по второй группе предель- ных состояний с учетом веса фундамента и грунта на его обрезах, а также возможности повыщения краевого давления на 20 % по сравнению с расчет- ным давлением получены размеры . фундамента в плане 5 = 1,8 м и 1=0,9 м (здесь Ъ — сторона подош- вы фундамента, направление которой совпадает с направлением действия горизонталыюй составляю- щей нагрузки и возможным направлением потерн устойчивости). Глубина зложения фундамента d= = 1,3 м. Расчетные значения прочностных характеристик для расчета по первой группе предельных состояний составляют: ф1=Фп/?^=22/1,1=20°; cI=cn/Vg.=20/l,5= = 13 кПа. Равнодействующая вертикальных расчетных на- грузок на уровне подошвы фундамента с учетом ве- са фундамента и грунта на его обрезах Г + ад? = 220 + 1,8-0,9-1,3-20 ==262 кН.
6.6. Расчет оснований tio Несущей способности . • 99 Рис. 5.35. К примеру 5.16 а — нагрузки, заданные на уровне верха фундамента и приведенные к подошве; б —- приведенные размеры подошвы фундамента Результирующий момент относительно центра тяже- сти подошвы М = М' — Ffr d — 64 — 80-1,3 = 40 кН-м Для определения приведенных размеров фунда- мента Ь' и I' необходимо вычислить эксцентриситет приложения нагрузки: =M//7U=40/262 = 0,15 м. То- гда Ь’ = Ъ — 2г, — 1,8 — 2-0,15 = 1,5 м; V = I = 0,9 м. о Отношение сторон т]=/,/&/!=0,9/1,5=0,6<1, поэтому в формулах (5.87)—(5.89) принимаем Т|=1 и полу- чаем: = 1 -0,25/1 = 0,75; Eq = 1 +1,5/1 =2.5; ge = 14-0,3/1= 1,3. Значение угла б находим по формуле (5.82) tg б = 80/262 = 0,305: 6 = 17°. Проверяем условие (5.83) sin 20°=0,342; 0,305< <0,342, следовательно, расчет можно производить по формуле (5.79). По табл. 5.28 находим значения АГ =0,64, N — V <7 =3,24 и W с =6,23. Вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания по формуле (5.79) будет: Nu = 1,5-0,9 (0,64-0,75-1,5-17.2 4- 3,24.2,5-16,1-1,3 + 4- 6,23-1,3-1,3) = 388 кН. Проверяем условие (5.78): 262 кН<0,9.388/1,15= = 304 кН, т. е. несущая способность основания при принятых размерах фундамента обеспечена. Б. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НА ГЛУБОКИЙ СДВИГ ФУНДАМЕНТОВ С НАКЛОННОЙ ПОДОШВОЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВНЕЦЕНТРЕННОЙ НАКЛОННОЙ НАГРУЗКИ Фундаменты с наклонной подошвой целе- сообразно применять вместо фундаментов с го? ризонтальной подошвой в тех случаях, когда для последних не выполняется условие (5.83). Эффективно также в этих случаях использова- ние подушки с наклонной подошвой из песка, щебня, тощего бетона или применение фунда- мента с зубом. Нормальная составляющая силы предель- ного сопротивления основания для наклонной подошвы определяется по формуле (5.79), где за d принимается минимальное заглубление фундамента. Коэффициенты Ny и Nc в этом случае находятся по табл. 5,29 и 5.30 в зави- симости от расчетного значения .угла внутрен- него трения грунта <рт, угла наклона подошвы к горизонту а и угла б между направлением равнодействующей нагрузки на фундамент и нормалью к подошве. Коэффициент Nq опре- деляется по формуле Nq = 7Vc/ctg Tj 4- 1. (5.90) ТАБЛИЦА 5.29. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ф° а° Значения Ny при б ° 0 5 10 15 20 25 0 0,22 « 5 0,26 — 5 10 0,30 15 0,34 — — а II а 20 0,38 — — 25 0,41 — — , — — • 0 0,63 0,38 5 0,64 0,40 — — 10 10 0,67 0,45 —. - 15 0,70 0,48 — 20 0,72 0,51 — 25 0,73 0,53 — —- —• 0 1,38 0,95 0,52 " ' 5 1,35 0,96 0,57 15 10 1,33 0,96 0,59 15 1,31 0,95 0,61 — —. 20 1,28 0,94 0,63 _ - 25 1,25 0,94 0,65 — 0 2,86 2,08 1,36 0,73 — - 5 2,68 1,97 1,31 0,72 —. 20 10 2,55 1,88 1,26 0,74 15 2,40 1,75 1,22 0,74 20 2,26 1,70 1,19 0,75 —. 25 2,15 1,60 1,14 0,78 —•- — 0 5,90 4,36 2,93 1,83 0,93 5 5,37 3,99 2,71 1,70 0,90 25 10 4,89 3,59 2,49 1,58 0,89 —а 15 4,38 3,31 2,32 1,49 0,86 — 20 4,07 3,05 2,14 1,43 0,85 —— 25 3,66 2,78 2,01 1,35 0,85 —• 0 12,38 9,01 6,30 4,00 2,38 1,1.5 5 10,80 7,90 . 5,60 3,60- 2,15 1,05 30 10 9,39 6,96 4,96 3,26 1,96 1,02 15 8,53 6,20 4,39 3,90 2,93 1,80 0,98 20 7,56 5,55 2,62 1,66 0,85 25 6,80 5,20 3,40 2,30 1,50 0,82 0 27,10 20,40 13,96 9,15 5,55 3,04 5 23,09 16,96 11,76 7,36 4,83 2,67 35 10 19,11 14,17 9,95 6,58 4,16 2,39 15 16,94 12,25 8,66 5,79- 3,66 2,12 20 14,12 9,89 7,57 5,13 3,12 1,90 25 12,13 8,74 6,34 4,31 2,82 1,68
100 Глава 5. Расчет ^оснований ..фундаментов: мелкое# заложения Угол б определяется по формуле (5.82), в которой Fh и Fo — составляющие нагрузки на фундамент (параллельная плоскости подошвы и нормальная к ней). При этом также необхо- димо .выполнение условия (5.83). - ТАБЛИЦА 5.30. ЗНАЧЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА <рс а° Значения Ус при б ° 0 5 ю 15 1 » 25 0 6,64 —f 5 6,30 —. —« — — 5 10 6,10 —. — — —1 —• 15 5,84 —. — f If —- —— 20 5,57 f ,f fl — — "'I* •— 25 5,32 —• —- —• 0 8,59 6,78 — - —f 5 8,15 6,40 —. . —— —- 10 10 7,74 6,04 — -—I —-If 15 7,33 5,69 — — "'I* —— 20 6,94 5,34 — — — 25 6,55 5,05 — — 0 11,37 9,47 7,16 —f 5’ Й.68 8,87 6,67 ' —u —• 15 10 10,02 8,29 6,19 —- — —— 15 9,39 7,74 5,74 * . —- 20 8,79 7,22 5,30 -—I — — 25 8,22 6,72 4,89 —• 0 15,47 13,08 10,48 7,63 f,,f ' 5 14,40 12,11 9,66 6,99 —— —“ 20 10 13,30 11,19 8,90 6,39 =— f= 15 12,31 10,34 8,18 5,83 "--f 20 11,39 9,53 7,51 5,30 — — 25 10,52 8,78 6,88 4,81 — —• 0 21,79 18,44 15,03 11,60 8,13 — 5 19,92 . 16,83 13,69. 10,53 . 7,33 — 10 18,19 15,35 12,45 9,54 6,59 — 15 16,60' 13,98 11,31 ' 8,63 5,91 —« 20 15,14 12,72 10,26 7,78 5,28 — 25 13,79 11,56 9,27 7,01 4,70 0 31,98 26,91 21,97 17,97 12,75 8,65 5 28,80 24,10 19,60 15,50 11,50 7,65 ЧП 10 25,83 21,68 17,65 13,80 10,18 6,76 15 '23,18 19,44 15,79 12,31 9,04 5,95 20 20,80 17,41 13,11 10,96 8,01 5,25 25 18,50 15,60 12,40 9,70 7,20 4,75 0 49,45 41,13 33,37 26,26 19,87 14,21 5 43,60 36,24 29,36 23,07 17,42 12,41 ой 10 38,42 31,91 25,82 20,25 15,25 10,82 15 33,84 28,07 22,69 17,76 13,33 9,41 20 29,78 24,68 19,91 15,55 11,64 8,17 25 26,19 21,68 17,46 13,60 10,13 7,06 Коэффициенты формы и приведенные раз- меры фундамента определяются так же, как и для' фундаментов с горизонтальной подошвой. Пример 5.17. Требуется рассчитать несущую спо- собность основания фундамента с наклонной подош- вой. В основании фундамента залегают пылеватые пески с е=0,75; фп=26°; сп=2 кПа; 17,1 кН/м3; угол наклона подошвы фундамента к горизонту и» =20°. Минимальная величина заглубления фундамен- та d= 1,5 м. Размеры фундамента предварительно оп- ределены из расчета по деформациям: 6=2,1 м; /= = 1,2 м. Схема фундамента й нагрузок приведена на- рис, 5.36. Нормативные и расчетные нагрузки даны в табл, 5.31. Рис. 5.36. К примеру 5.17 а — заданные нагрузки и нагрузки, приведенные к подошве; б — приведенные размеры подошвы фунда- мента Решение, Расчетные значения прочностных харак- теристик грунта основания — <Pn/Vg = = 23° 40' и сх = = C-jJ'Vg = 2,0/1,5 = 1,3 кПа. Фактический угол наклона к вертикали равнодей- ствующей всех сил F h 180 йл = arctg —Г = arctg = 23? 40*. v Угол между направлением равнодействующей и нормалью к подошве б = б' — а = 23° 40' — 20° = 3° 40'. Составляющая равнодействующей всех нагрузок, нормальная к подошве, Ft)cos 6 407,5-0,998 ... „ р = — -------------:—:— = 445 кН. v cos б' 0,914 Составляющая касательная к подошве р - Vin6 407,5-0,065 _ 9 к “ cos б' 0,914 Эксцентриситет приложения составляющей на- грузки, нормальной, к подошве, еъ = M/Fv = 30/445 = 0,07 м. Приведенные размеры подошвы фундамента: /'=1 = 1,2 м; б'=6 —2е. =2,1 — 2-0.07 = 1,96 м. о Коэффициенты формы г; = I'jb' — 1,2/1,96 = 0,61 < 1; принимаем q .== 1, Тогда = 1 — 0,25/rj = 1 — 0,25/1 =0,75; ^ = 1 + 1,5/г) = 1 + 1,5/1 = 2,5; gc = l + 0,3/n==l+0,3/1 =1,3. Вычисляем угол б по формуле (5.82): tg б = 29/445 = 0,065; б = 3° 40'. Коэффициенты несущей способности определяем по табл. 5.29 и 5.30 при <р=23°40'; а=20° и б = 3°40 . Путем интерполяции находим:- Л'^ =3,0; Л/с=12,5, от-- куда • N = —+ 1 ------------------------------ + 1 = 6,4. У ctg <рх ctg 23° 40'
5.6.. Расчет, основанийпо несущей, способности 101 ТАБЛИЦА 5.31. К ПРИМЕРУ 5.17 Вид нагрузки Норма- тивное значение нагрузки, кН Коэффи- циент надеж- ности по нагрузке V/ Расчетное значение нагрузки, кН Расстояние от линии действия сил F' и f' до v h центра тяже- сти подошвы фундамента, м Момент М относитель- но центра тяжёсти подошвы фундамента. кН -м Вертикальная составляющая J внешних нагрузок F . 211,0 — 250,0 0,96 240 Вес стеновых панелей F v2 Вес грунта на уступах фун- 58,0 1,2 69,6 0,59 41,1 - дамента F п . . , . . - ио 54,9 1,1 60,4 0,03 1,8 Вес фундамента F . 25,0 1Д 27,5 0,36 9,9 Горизонтальная составляю- - . . -А ' =407,5 V VZ щая внешних нагрузок F 156,0 180,0 1,46 —262,8 2М=30,0 Составляющую силы предельного сопротивления основания, нормальную к подошве, вычисляем по формуле (5.79): А'м = 1,96.1,2 ( 3,0-0,75-1,96-17,1 + 6,4-2,5-17,1-1,5 + + 12,5-1,3-1,3) = 1630 кН. Проверяем условие (5.78): 445 кН<0,9-1630/1,15 = = 1270 кН, т. е. несущая способность обеспечена. В. АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД РАСЧЕТА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДВУХСЛОЙНОГО ОСНОВАНИЯ При расчете основания (рис. 5.37), состоя- щего из двух слоев (первого мощностью d-y-H с расчетными значениями прочностных харак- Рис. 5.37. К расчету несущей способности двухслой- ного основания теристик с, и (pi и второго неограниченной мощности с расчетными значениями прочност- ных характеристик с1 и ipf ), удельный вес грунта принимается для обоих слоев одинако- вым, равным yi. Величина центральной верти- кальной силы предельного сопротивления ос- нования ленточного фундамента определяется по формуле (5.91) где N. с,— безразмерный коэффициент, зависящий от 1, Л Cj/Cj . 6). -<Pj и H/b при 0 или от ^/('Vjl’),<Pj, <Pj и H/b при Cj=O (табл. 5.32). Пример 5.18. Следует рассчитать несущую спо- собность двухслойного основания ленточного фунда- мента. Схемы фундамента и основания представлены на рис. 5.38. Грунт основания: верхний слой толщи- ной 2,0 м — супесь с характеристиками /^=0,25; — = 10 кПа, <р1=27° и у =17 кН/м3; подстилающий слой — глина с характеристиками 1 =0,75, с =20 L-i 1 t t i кПа, <pj=5° и -у 1=16 кН/м3. Ширина подошвЬ1 фун- дамента (> = 1,0 м, заглубление фундамента а!=1 м. Нагрузка на 1 м длины фундамента Ец=220 кН. Со- оружение III класса. . - Решение. Значение удельного веса принимаем равным среднему значению объемных весов обоих слоев: ?! = (?! + VJ/2 = (17 + 16)/2 = 16,5 кН/м3, Далее вычисляем с ^/<7^=20/10=2,0; с /fi= = 10/16,5-1=0,61; HJb~\,0/1,0=1,0 и по табл. 5.32 на- ходим N о . Тогда по формуле (5.91) Nu = (1/2) Р-1-16,5-25,2 = 208 кН. . .
• 1Q2 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения ТАБЛИЦА 5,32. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА Продолжение табл, 5.32 N 1,2 Значения при Hfb Значения % при 0 10 20 30 0 1 10 20 30 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,22 138,31 20,47 43,49 173,06 Cj=O; cpj =10° 2,0 0,3. 0,05 0,50 5,00 0,74 2,62 13,24 1,39 3,12 14,02 2,01 3,70 ' 14,82 2,65 4,30 15,67 c?c 0,05 =0,5; <p 0,35 ;=°° 0,58 0,85 1,15 0,5 0,05 0,50 5,00 0,57 3,32 19,64 1,61 4,21 21,13 2,69 5,23 22,73 0,3 3,84 6,39 0,50 5,00 3,53 35,37 3,92 37,33 4,40 40,05 4,93 42,81 24,41 0,05 0,50 5,00 0,40 4,04 40,44 0,82 4,71 43,65 1,33 5,57 48,06 1,92 6,50 52,49 1,0 0,05 0,50 5,00 0,55 4,90 34,42 2,02 6,88 38,20 4,67 9,29 42,31 0,5 7,46 12,21 4b, 78 ~ " 0,05 0,50 5,00 0,51 5,16 51,62 1,56 6,83 59,62 2,89 8,82 68,24 4,49 11,06 77,15 1,5 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 49,15 2,02 9,65 55,01 6,42 13,86 62,32 1,0 12,16 i 19,05 70,40 ' ' 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,20 76,07 5,00 12,61 89,01 8,05 16,59 102,48 2,0 0,05 0,50 5,00 0,56 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,07 83,14 1,5 18,10 27,11 9b, 56 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 17,01 110,61 12,66 23,17 129,02 Cj=O; <pj =20° 2,0 0,3 0,05 0,50 5,00 0,77 5,28 21,25 3,75 6,50 22,75 5,25 7,74 24,31 6,67 9,16 25,98 c?cr 0,05 0,50 5,00 =0,5; <pj 0,78 5,53 47,62 =10° 1,71 6,48 51,96 2,37 7,42 56,14 3,05 8,39 60,27 0,5 0,05 0,50 5,00 0,57 5,55 22,07 2,20 7,36 31,84 5,50 9,52 34,81 0,3 8,09 11,83 3/,9b 0,05 0,50 5,00 0,57 5,55 55,57 1,82 7,13 57,42 3,01 8,75 64,29 4,21 10,46 71,12 1.0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,35 52,34 6,42 13,74 59,59 0,5 12,01 19,01 о/, al 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,05 71,91 4,89 12,46 85,41 7,82 16,35 98,96 1,5 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 71,61 6,42 18,56 83,77 1,0 17,44 27,12 9/,3b 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,39 16,83 107,64 14,40 23,34 128,02 2,0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,22 108,40 1,5 20,47 36,43 128,60 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,08 6,42 19,22 130,73 18,47 31,52 158,31 Cj=O; фj =30° 2,0 0,3 0,05 0,50 5,00 0,77 7,71 36,88 11,22 15,19 40,11 14,69 18,28 43,47 18,11 21,58 47,09 0,05 0,50 5,00 =0,5; 0,77 7,71 71,17 =20° 4,23 11,62 78,20 5,78 13,46 84,91 7,31 15,46 91,72 0,5 0,05 0,50 5,00 0,57 5,72 45,14 2,20 12,09 59,79 12,40 18,58 56,72 0,3 18,40 23,99 63,0b 0,05 0,50 5,00 0,57 5,72 57,21 2,20 11,09 80,30 5,96 14,36 91,88 8,67 17,68 103,08 1,0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,92 72,34 6,42 19,22 85,70 0,5 19,38 30,28 100,38 — 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 85,93 6,42 16,94 109,92 12,43 24,08 132,26 1,5 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,22 112,22 1,0 20,47 37,39 136,57
5.6. Расчет оснований- по несущей способности 103 Продолжение табл. 5.32 Н/Ь Сд/7д6 Значения ТУд % при ср° 0 10 20 30 ’ 0,05 0,55 2,02 6,42 17,52 1,5 0,50 5,55 9., 82 19,22 31,72 5,00 55,57 86,09 130,09 163,11 0,05 0,55 2,02 6,42 20,49 0,2 0,50 5,55 9,82 19,22 40,62 5,00 55,57 86,09 143,92 195,97 Продолжение табл. 5.32 Н/Ь Сд/УдЙ Значения-ТУд ^. при ф^... 0 10 20 30 1,5 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,20 9,82 86,09 6,42 19,22 135,70 12,90 27,30 172,28 2,0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,22 143,92 18,85 35,54 205,06 с^/с^ =0,5; <pj =30° If tf сjfc]=!•, фд =20° 0,3 0,05 0,50 5,00 0,77 7,78 77,85 3,85 24,26 132,16 15,74 28,46 143,92 19,26 32,52 155,78 0,3 0,05 0,50 5,00 0,77 7,71 77,18 4,76 16,73 131,01 6,42 19,22 143,92 7,96 21,81 156,20 0,05 0,57 2,20 13,21 19,39 0,05 0,57 2,20 6,42 9,26 0,5 0,50 5,72 12,09 26,61 33,76 0,5 0,50 5,72 12,09 19,22 23,58 5,00 57,21 111,17 143,92 164,78 5,00 57,21 111,17 143,92 164,68 0,05 0,55 2,02 6,42 19,89 0,05 0,55 2,02 6,42 12,91 1,0 0,50 5,55 9,82 19,74 37,06 1,0 0,50 5,55 9,82 19,22 ' 28,94 5,00 55,57 86,09 143,92 188,26 5,00 55,57 86,09 143,92 187,25 0,05 0,55 2,02 6,42 20,40 0,05 0,55 2,02 ' 6,42 20,47 1,5 0,50 5,55 9,82 19,22 41,52 1,5 0,50 5,55 9,82 19,22 35,72 5,00 55,57 86,09 143,22 213,87 5,00 55,57 86,09 143,92 213,53 0,05 0,55 2,02 6,42 20,47 0,05 0,55 2,02 6,42 20,47 2,0 0,50 5,55 9,82 19,22 43,49 2,0 0,50 5,55 9,82 19,22 35,72 5,00 55,57 86,09 143,12 265,07 5,00 55,57 86,09 143,92 213,53 Сд/сд=1; фд =0 Сд/Сд=1; фд —зо° 0,3 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 0,82 6,31 61,32 1,12 7,12 67,05 1,44 ' 7,86 °’3 72,33 0,05 0,50 5,00 0,77 7,71 77,19 13,18 .33,31 223,42 16,81 38,46. 244,67 20,40 .43,55 265,07 0,5 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 1,05 6,93 65,68 1,60 8,23 74,81 2,22 9,57 °’5 83,40 0,05 0,50 5,00 0,57 5,72 57,21 2,20 12,09 111,17 14,03 34,69 229,55 20,40 43,55 265,07 1,0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 1,76 8,71 78,15 3,16 11,54 96,36 4,84 1 п 14,51 111,97 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,74. 155,62 20,40 43., 55 265,07 1,5 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 5,28 15,46 117,66 М2 1 ч 20,44 115 141,60 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55. 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 - 19,22 143,91 20,40 43,55 265,07 2,0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,22 140,78 13,07 9 п 27,40 2,0 172,46 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 6,42 19,22 143,92 20,40 43,55 265,07 с1/Сд=1; фд =10° Сд/£д—2; фд —0 0,3 0,05 0,50 5,00 0,77 8,33 76,98 2,02 9,82 86,09 2,74 11,14 94,69 3,46 12,53 0,3 102,23 0,05 0,50 5,00 0,77 7,78 77,85 1,28 10,90 107,12 1,64 12,32 119,14 2,02 13,65 130,17 0,5 0,05 0,50 5,00 0,57 5,72 57,21 2,02 9,82 86,09 3,29 12,19 100,17 4,61 14,51 0,5 113,32 0,05 0,50 5,00 0,57 5,72 57,21 1,45 10,70 103,01 2,11 13,22 125,35 2,82 15,52 142,'84 1,0 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 5,11 15,20 116,41 8,19 20,28 1,0 141,70 0,05 0,50 5,00 0,55* 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 3,67 15,97 136,95 5,50 20,79 173,84
104 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого, .заложения Продолжение табл. 5.32 н/ь Cj/Vj* Значения 9 пр? О ><₽! 0 10 20 30 1.5, 0,05 0,50 5,00 0,55 5,55 55,57 2,02 9,82 86,09 5,82 . 19,22 143,92 9,17 27,21 205,37 0,05 0,55 2,02 6,42 13,89 2,0 0,50 5,56 9,82 19,22 34,73 5,00 55,57 86,09 143,92 238,96 Cj>! =2; Ф; =10° • ' 0,05 0,77 2,66 3,48 . 4,27 0,3 0,50 ' 7,78 16,36 18,59 20,79 5,00 77,85 152,86 169,42 .185,60 0,05 0,57 2,20 3,92 5,39 0,5 0,50 5,72 12,09 18,77 22,51 5,00 57,21 111,17 168,70 194,72 0,05 0,55 2,02 5,53 .8,90 1,0 0,50 5,55 9,82 19,20 27,74 5,00. 55,57 86,09 155,62 217,83 0,05 0,55 2,02 6,42 14,01 1,5 0,50 5,55 9,82 19,22 34,34 5,00 55,57 86,09 143,92 241,79 0,05 0,55 2,02 6,42 19,56 2,0 0,50 5,55 9,82 19,22 42,50 5,00 55,57 86,09 143,92 265,05 Продолжение табл. 5.32 ' Н]Ь Cj/Yj* Значения 9 'при <p° 0 10 20 30 . 1,5 0,05 0,50 5,00 — 1,06 1,06 1,06 4,70 4,82 4,82 . 7.84 13,53 17,70 2,0 0,05 0,50 5,00 1,06 1,06 1,06 4,82 4,82 4,82 12,31 17,70 17,70 0,3 Cj - 0,05 0,50 5,00 =0*; Q)j =10°- 1,40 1,48 1,48 2,49 9,21 75,95 3,28 10,62 85,24 0,5 0,05 0,50 5,00 —— 1,10 1,10 1,10 2,92 8,43 17,50 4,27 11,30 82,54 1,0 0,05 0,50 5,00 1,06 1,06 1,06 4,40 4,82 4,82 7,58 13,73 20,21 1,5 0,05 0,50 5,00 — 1,06 1,06 1,06 4,82 4,82 4,82 11,99 17,36- 17,70 2,0 0,05 0,50 5,00 1,06 1,06 1,06 4,82 4,82 4,82 17,69 1-7,70 17,70 с1^с1 =2^° 0,05 0,77 5,81 7,60 9,26 0,3 ' 0,50 7,78 27,05 30,80 34,55 5,00 77,85 235,80 261,58 284,16 0,05 0,57 2,20 7,30 10,34 0,5' 0,50 5,72 12,09 28,94 35,41 5,00 57,21 111,17 243,49 285,40 0,05 0,55 2,02 6,42 13,73 1,0 0,50 5,55 9,82. 19,74 38,16 - 5,00 55,57 86,09 155,62 284,39 0,05 0,55 2,02 6,42 20,40 1.5 0,50 5,55 9,82 19,22 42,16 5,00 55,57 86,09 143,92 268,28 0,05 0,55 2 02 6,42 20,47 2,0 0.50 5,55 9,82 19,22 43,49 5,00 55,57 86,09 143,92 265,07 CI =0*; <pj =0 0,05 0,67 0,98 1,31 0,3 0,50 1,48 5,57 6,47 5,00 1,48 51,43 54,89 0,05 0,79 1,38 2,01 0,5 0,50 —. 1,10 5,36 .7,17 5,00 1,10 17,50 58,15 0,05 1,06 2,75 4,43 ' 1,0 0,50 — - 1,06 4,82 9,73 5,00 1,06 4,82 20,21 * При сг=0 во второй графе принимаются значе- ния Cj/(?!&). Условие (5.78)' не выполняется, так как NU<FV. Поэтому увеличиваем ширину фундамента и прини- маем й = 1,2 м. Получаем новое значения отношения Находим по табл. 5.32 новое значение коэффици- ента 2 =22,39 и получаем: дГ=(1/2) 1,2М-16,5-22,39 — 270 кН. Проверяем условие (5.78): 220 кН<0,9-270/1,1 = =221 кН. Устойчивость основания фундамента обес- печена. 5.6.3. Расчет устойчивости фундамента по схеме плоского сдвига Расчет фундамента на сдвиг по его подош- ве или по подошве грунтовой нодушки произ- водится при действии горизонтальной состав- ляющей нагрузки на фундамент в случае не- стабилизированного состояния грунтов основа- ния, а также и стабилизированного, если не выполняется условие (5.83).
5.6.' Расчет оснований по’ несущей способности IQ5 При расчете на плоский сдвиг применя- ется формула S^a«cYcS?sr/Vn, (5.92) где SF sr “ н ЗЕ — суммы проекций на плоскость скольжения расчетных сил, соответственно удержива- ющих и сдвигающих. Сумма удерживающих сил.. +ЛС1 +Ер <5-93) и сумма сдвигающих сил SFsa = Fh + Ea, (5.94) где F - нормальная к плоскости скольжения со- ставляющая расчетной нагрузки на фундамент; и — гидростатическое противодавление (при уровне грун- товых вод выше подошвы фундамента); А — площадь подошвы фундамента; F касательная к плоскости скольжения составляющая нагрузки на фундамент; Ер и Е а— равнодействующие пассивного и активного давления грунта. Равнодействующая пассивного давления грунта на вертикальную грань фундамента оп- ределяется по формуле Bp = V V1 А + -у-у- Цр - 1), (5.95) г L& ф] где d — глубина заложения фундамента со стороны возможного выпора грунта; Л коэффициент пас- сивного давления грунта; ^p=tga(45u+(p х/2). Равнодействующая активного давления вычисляется по выражению (Yi dx Ка - 2q /Х7) (^ - hj, (5.96) где d\ — глубина заложения фундамента со стороны, противоположной возможному выпору грунта; X — коэффициент активного давления грунта: Л. = = tg2(45°-<Pl/2); = Пример 5.19. Требуется рассчитать фундамент распорной системы по схеме плоского сдвига по по- дошве. Грунт основания — супесь; I =0,5; е=0,65; кПа; фп=24°; у1=17 кН/м3. Расчетные нагруз- ки на уровне подошвы фундамента /у=240 кН; Ff = = 110 кН. Глубина заложения фундамента от уровня планировки rf=l м, от уровня пола rfi = l,5 м. Соору- жение III класса. Размеры фундамента получены из расчёта по деформациям; 6 = 1,5 м; 1=1 м. Решение. Расчетные значения прочностных харак- теристик грунта основания сп С!=— -6/1,5 ==4 кПа; фг = фп/^ = vg • — 24/1,1 = 22°. Проверяем выполнение условия (5.83). По форму- ле (5.82) tg б = 110/240 = 0,46;' 6 = 25°; sin 22° = 0,375; 12б>в1пФ1., т. е. условие (5.83) не выполняется и формула (5.82) в рассматриваемом случае неприменима. Расчет сле- дует производить по схеме плоского сдвига (рис. 5.39). Для грунтов засыпки принимаем; =0,95 ^ = 0,95-17= 16,1 кН/м3; . с’ = 0,5Cj = 0,5-4 = 2 кПа; ф'=0^ = 0,9-22 = 20°. Для вычисления равнодействующих активного и пассивного давления по формулам (5.96) и (5.95), предварительно определяем коэффициенты Л... и X... , “ iJ а также «с: Ка = tg3 (45° — 20°/2) = 0,49; К = tg2 (45° + 20°/2) =2,04; Тогда: Е = — (16,1-1,5-0,49 — 2-2 уЛ0,49 ) X а 2 X (1,5-— 0,35) = 3,8 кН; Б-.— — (16,1-1-2,04 Н------(2,04—1) = 22 кН. р 2 \ tg 20° } Вычисляем суммы удерживающих и сдвигающих сил по формулам (5.93) и (5.94): SF = (240 — 0) tg 22° 4- 1,.5-1-4 -f- 22 = 124 кН; 2F = ПО 4-3,8 = 113,8 кН. sa 1 Проверяем условие (5.92): Vc 2FS?./Vn = 0,9-124/1,1 = 102 кН < 113,8 кН. Устойчивость фундамента против сдвига по по- дошве не обеспечена. Увеличение размеров подощвы в рассматриваемом случае практически не дает эф- фекта (в связи с небольшим удельным сцеплением с), поэтому целесообразнее устройство фундамента с наклонной подошвой или подушкн с наклонной' по- дошвой (с проверкой возможности сдвига по контак- ту «фундамент—подушка»). 5.6.4. Графоаналитический метод расчета несущей способности основания (метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения) Графоаналитические методы оценки несу- щей способности используются при сложных расчетных схемах системы «фундамент—осно- вание», для которых аналитические методы не разработаны. Несущая способность основания определя- ется графоаналитическим методом с построе- нием круглоцилиндрических . поверхностей скольжения в следующих случаях: . • основание сложено неоднородными грун- тами (кроме случая двухслойного основания, рассмотренного выше); пригрузка со стороны, противоположной возможному выпору грунта основания, боль- ше 0,5/? (где R — расчетное сопротивление грунта основания);
106 Глава 5. Расчет оснований фундаментов мелкого заложения фувдаме»ы расположены, на откосе, вбли- зи откоса или под откосом; возможно возникновение нестабилизиро- ванного состояния грунтов основания (кроме случаев,^ для которых имеются аналитические методы расчета). В методе круглоцилиндрических поверхно- стей скольжения значение предельной нагруз- ки на-основание не определяется, а вычисляет- ся коэффициент устойчивости k, значение ко- торого для всех возможных поверхностей скольжения должно быть не менее 1,2. Коэф- фициент устойчивости ленточного фундамента для принятой поверхности скольжения вычис- ляется по формуле, в которой моменты даны на 1 м длины фундамента: k = -----= - 2Л4 sa. r/?[S (р. 4- VIZ Л.) tg ф1г- cos ct. + S (с1г-/со5а.)] I 4- F a rbZvj,- fi. sin a. . (5.97) где S/W ga и S/И sr — суммы моментов сдвигающих и удерживающих сил относительно центра вращения; г—радиус поверхности скольжения; Ь — ширина элементарных вертикальных полос, на которые де- лится сдвигаемый массив р . — средняя (в пределах ширины' полосы) ордината эпюры давлений на грунт от сооружения без учета противодавления воды, оп- ределяемая по формуле для Внёцеитренного сжатия; ll. — средняя высота i-й полосы грунта; у —рас- четное значение удельного веса грунта в пределах i-й полосы, принимаемое с учетом взвешивающего действия воды; (Pj. —расчетное значение угла внут- реннего трения грунта по Площадке скольжения в пределах рассматриваемой полосы; — угол меж- ду вертикалью и нормалью к i-й площадке скольже- ния; с — расчетное значение удельного сцепления грунта по площадке скольжения в пределах i-й по- лосы; Е т— равнодействующая активного давления m-го слоя грунта на боковую грань фундамента, оп- ределяемая по формуле (5.93); —расстояние от линий действия силы Ет до горизонтали, проходя- щей через центр поверхности скольжения; Fv— рав- нодействующая вертикальных нагрузок на уровне подошвы фундамента; а — расстояние от центра по- верхности скольжения до линии действия силы F Произведение yuhi sin а, в формуле (5.97) для нисходящей части кривой скольжения принимается со знаком «+», а для восходя- щей— со знаком «—». Положение центра и радиус наиболее опас- ной круглоцилиндрической поверхности при от- сутствии связей фундамента с конструктивны- ми элементами здания определяются следую- щим образом (рис. 5.40). В окрестности цент- ра предполагаемой поверхности скольжения проводим горизонтальную линию I—/. На этой линии отмечаем несколько положений предпо- лагаемых центров 01, О2, Оз,... поверхностей скольжения и вычисляем для них коэффициент устойчивости. Через точку А, соответствующую минимальному, значению коэффициента устой- чивости, проводим вертикальную прямую II—II и на ней отмечаем новые предположи- тельные положения центров Оь О 2, О ?1... Для, каждого из этих центров вновь проводим рас- чет по формуле (5.97). Полученное минималь- ное значение k сравниваем с его допустимым значением. Если k меньше допустимого, следу- ет увеличить размеры фундамента или устро- ить подушку из более прочного грунта. Рис. 5.40. К расчету несущей способности оснований По методу круглоцилиндрических поверхностей скольжения а — расчетная схема; б — усилия, действующие на i-ю полоску При наличии связей фундамента с конст- руктивными элементами зданий (перекрытиями, анкерами и др.) за Центр. поверхности сколь- жения может приниматься точка опирания фундамента. Пример 5.20. Следует оценить несущую способ- ность основания методом круглоцилиндрических по- верхностей скольжения. Фундамент (ленточный) яв- ляется стеной подвала. Размеры фундамента, нагруз- ки и грунтовые условия приведены на рис. 5.41. В точке А фундамент связан с междуэтажным пере- крытием. Верхний слой грунта толщиной 2,3 м — су- глинок с у1 = 18 кН/м3; rpj.^200 и с1 = 15 кПа; под- стилающий грунт — глина с ух —18,5 кН/м1; ф1=6°; с’1=19 кПа; грунт обратной засыпки (выполняется на всю высоту из суглинка) имеет характеристики =0,957^0,95-18=17 кН/м3; ф' = 0,9ф =0,9 • 20= 18°; =0,5с I -=0,6-15=7,5 кПа. Вертикальная нагрузка 17=200 кН/м приложена с эксцентриситетом е=0,25 м. Ширина подошвы фундамента, полученная расчетом по деформациям, равна 2 м. Для уменьшения разме- ров фундамента применена песчаная подушка тол- щиной .0,5 м с характеристиками VI=17 кН/м3; Ф1 = =34°; с =1 кПа. Ширина подошвы в этом случае принята равной 1,5 м. Вес 1 м длины фундамента G = 98 кН. Решение. Поскольку фундамент загружен вне- центренной наклонной нагрузкой и следует прини- мать во внимание активное давление грунта, расчет
5.6. Расчет оснований по несущей способности 107 ТАБЛИЦА 5.33. К ПРИМЕРУ 5.20 Полоса hi Уп ^ihi а. г Pi СИ си COSO-. Xtgqjjxosa. 1-я 0,1 17 1,7 13=40' ПО 34 1 1,03 73 0,39 2-я 0,2 17 3,4 7= 200 34 1 1,0 134 0,41 3-я 0,2 17 3,4 0= . 280 34 1 1,0 190 0 4-я 1,1 18,5 20,4 7= 0 6 19 19,2 2,0 —2,34 5-я 1,0 18,5 18,5 13=50' 0 6 19 19,6 1,8 —4,25 6-я 0,9 18,5 16,6 21= 0 6 19 20,2 1,6 —6,00 7-я 0,7 18,5 12,19 28=25' 0 6 19 21,6 1,1 —6,05 8-я 0,35 18,5 6,4 36=25' 0 6 19 23,8 0,5 —3,76 3=107,43 3=404 S=—21,60 по несущей способности основания является необхо- димым. Формула (5.79) в данном случае непримени- ма в силу неоднородности основания, поэтому расчет выполняем методом круглоцилиндрических поверхно- стей скольжения по формуле (5.97). Учитывая, что фундамент в верхней части Имеет неподвижную опо- ру, за центр поверхности скольжения принимаем точку А. Радиус поверхности скольжения г=АВ= Рис. 5.41. К примеру 5.20 = 4,2 м. Величины краевых напряжений под подошвой фундамента: РтаХ =331 кПа; pmin ’“65 кПа. Разбиваем массив грунта, ограниченный предпо- лагаемой поверхностью скольжения, на восемь по- лос шириной 6=0,5 м. Значения параметров и их произведения, входя- щие в формулу (5.97), сводим в табл. 5.33. Для определения равнодействующей активного давления грунта Е а с использованием формулы (5.96) необходимо предварительно вычислить и hc для слоя суглинка: = tg3 (45 — 18/2) =0,53; 2-7, 5~У 0,53 h —------L-l !---------= 1,2 м. С 17-0,53 Тогда Еа = ~ (17-3,8-0,53 ~ 2-7,5 /0,53 )(3,8 — — 1,2) =30 кН. Подставляя результаты вычислений в формулу (5.97), получаем: , 4,2-0,5 (404 4- 107,43) fe = " -------sss 30-2,5 4- 98-0,5 4- 200-0,25 4- 4,2-0,5(—21,60) = 8,2 > 1,2............. Устойчивость фундамента обеспечена. 5.6.5. Несущая способность оснований, сложенных медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми . и биогенными грунтами, а также илами Несущая способность медленно уплотняю- щихся водонасыщенных глинистых и заторфо- ванных грунтов оснований (при степени влаж- ности Sr>0,85 и коэффициенте консолидации сос107 см2/год) определяется, как правило, с учетом нестабилизированного состояния грунтов; условие прочности имеет вид: х — (а — и) с, (5.98) где в — полное нормальное напряжение в рассматри- ваемой точке, слагающееся из напряжений в скелете грунта и избыточного давления в порОвой воде и. Избыточное давление в поровой воде оп- ределяется методами теории фильтрационной консолидации грунтов с учетом скорости уве- личения нагрузки на основание в период строи- тельства и эксплуатации сооружений. При высоких темпах возведения сооруже- ния или его нагружения эксплуатационными нагрузками, а также при отсутствии в осно- вании дренирующих слоев или специальных: дренирующих устройств несущую способность оснований, сложенных медленно уплотняю- щимися водонасыщенными грунтами, допуска- ется определять в запас надежности без учета угла внутреннего трения грунтов (ф=0) или принимать значения фх и а, соответствующи- ми нестабилизированному состоянию грунтов основания. В этих случаях предельная на- грузка на однородное основание, простираю- щееся ниже подошвы фундамента на глубину не менее 0,756, при отсутствии более слабого подстилающего слоя для вертикальной состав- ляющей силы предельного сопротивления ос- нования ленточного фундамента (на 1 м дли- ны) определяется по формуле Nu = ? 1<7 4* (я + 1 — а cos а) Cj ], (5.99) где а -*;угоЛ, рад: а= arcsiit.-—-; (5.100) &'с£ здесь / горизонтальная составляйщая внешней нагрузки иа 1 м длины фундамента; q — пригрузка
108 Глава 5. Расчет оснований' фундаментов мелкого заложения ее стороны предполагаемого выпора грунта (с уче- том веса, пола подвала нли технического подполья). Кроме расчета по формуле (5.99) необхо- дима проверка устойчивости фундамента по схеме плоского сдвига по подошве по формуле (5.92). Размеры фундамента при этом опреде- ляются по менее благоприятному варианту рас- чета. При отсутствии горизонтальной составляю- щей нагрузки на фундамент (/Ф=0) формула (5.99) для ленточного фундамента принимает вид: - Nu = b' (дф- 5,14С{ ). (5.101) 5.7. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УМЕНЬШЕНИЮ - ДЕФОРМАЦИИ ОСНОВАНИИ . *И ВЛИЯНИЯ ИХ НА СООРУЖЕНИЕ Для выполнения требований расчета осно- ваний по предельным состояниям, • кроме воз- можности и целесообразности изменения раз- меров фундаментов в плане или глубины их заложения (включая прорезку грунтов с не- удовлетворительными свойствами), введения дополнительных связей, ограничивающих пере- мещения фундаментов, применения других ти- пов фундаментов, изменения нагрузок на ос- нование и т. д., следует рассмотреть необходи- мость применения: мероприятий по предохранению грунтов основания от ухудшения их свойств; мероприятий, направленных на преобразо- вание строительных свойств грунтов; конструктивных мероприятий, уменьшаю- щих чувствительность сооружений к деформа- циям основания. При проектировании следует также учиты- вать возможность регулирования усилий в кон- струкциях сооружения, возникающих при его взаимодействии с основанием. Выбор какого-либо мероприятия или комп- лекса мероприятий должен производиться с учетом технико-экономического сравнения воз- можных вариантов. К мероприятиям, предохраняющим грунты от ухудшения их строительных свойств, отно- сятся: водозащитные мероприятия на площадках, сложенных грунтами, чувствительными к из- менению влажности (соответствующая компо- новка генеральных планов; вертикальная пла- нировка территории, обеспечивающая сток по- верхностных вод; устройство дренажей, проти- вофильтрационных завес и экранов; проклад- ка водоводов в специальных каналах или раз- мещение их на безопасных расстояниях от со- оружения; контроль за возможными утечками воды и т. п.); : защита грунтов основания от химически активных жидкостей, способных привести к просадкам, набуханию, активизации карстово- суффозионных явлений, повышению агрессив- ности подземных вод и т. п.; ограничение источников внешних воздейст- вий (например, вибраций); предохранительные мероприятия, осуще- ствляемые в процессе строительства сооруже- ний (сохранение природной структуры и влаж- ности грунтов; соблюдение технологии устрой- ства оснований, фундаментов, подземных и надземных конструкций, не допускающей из- менения принятой в проекте схемы и скорости передачи нагрузки на основание, в особенно- сти при наличии в основании медленно консо- лидирующихся грунтов, и т. п.). Преобразование строительных свойств грунтов основания (устройство искусственных оснований) достигается: уплотнением грунтов (трамбованием тя- желыми трамбовками; устройством грунтовых свай; вытрамбовыванием котлованов под фун- даменты; предварительным замачиванием грун- тов; использованием энергии взрыва; глубин- ным гидровиброуплотнением; вибрационными машинами, катками и т. п.); полной или частичной заменой грунтов ос- нования (в плане и по глубине) подушками из песка, гравия, щебня и т. п.; устройством насыпей (отсыпкой или гид- ронамывом) ; закреплением грунтов (химическим, элек- трохимическим, буросмесительным, термиче- ским и другими способами); введением в грунт специальных добавок (например, засолением грунта или пропиткой его нефтепродуктами для ликвидации пучинис- тых свойств); армированием грунта (введением специаль- ных пленок, сеток и т. п.). В отдельных случаях преобразование строительных свойств грунтов (устройство ис- кусственных оснований) целесообразно выпол- нять для достижения переменной жесткости ос- нования с целью уменьшения усилий в конст- рукциях сооружения, возникающих при его взаимодействии с основанием. Конструктивные мероприятия, уменьшаю- щие чувствительность сооружений к деформа- циям основания, включают: рациональную компоновку сооружения в плане и по высоте; повышение прочности и пространственной жесткости сооружений, достигаемое усилением конструкций (особенно конструкций фунда-
5,7.-.Мероприятия по уменьшению .деформаций оснований. 1Л9 ментно-подвальной части), в соответствии с ре- зультатами расчета сооружений во взаимодей- ствии с основанием (введение, дополнительных связей в. каркасных конструкциях; устройство железобетонных или армокаменных поясов; разрезка сооружений на отсеки и т. п.); . увеличение податливости сооружений (ес- ли это позволяют технологические требования) за счёт применения гибких или разрезных кон- струкций; устройство приспособлений для выравни- вания конструкций сооружения и рихтовки технологического оборудования. Габариты приближения к строительным конструкциям подвижного технологического оборудования (мостовых кранов, лифтов и т. п.) должны обеспечивать его нормальную эксплуатацию с учетом возможных деформа- ций основания. К мероприятиям, позволяющим уменьшить усилия в конструкциях сооружения при вза- имодействии его с основанием, относятся: размещение сооружения на площади за- стройки с учетом ее инженерно-геологического список 1. Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучииистых грунтах.—М.: Стройиз- дат, 1979. — 39 с. . 2. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений. — М.: Стройиздат, 1978,— 375 с. 3. Строительные нормы и правила. Нагрузки и строения и возможных источников вредных влияний (линз слабых или, наоборот, прочных грунтов, старых горных выработок, карстовых полостей, внешних водоводов и т. п.); применение соответствующих конструкций фундаментов (например, фундаментов с малой боковой поверхностью на подрабатываемых территориях и при наличии в основании пучи- нистых грунтов); засыпка пазух и устройство под фунда- ментами подушек из материалов, обладающих малым сцеплением и трением, применение спе- циальных антифрикционных покрытий, разра- ботка временных компенсационных траншей для уменьшения усилий от горизонтальных де- формаций оснований (например, в районах гор- ных выработок); регулирование сроков замоноличивания стыков сборных и сборно-монолитных конст- рукций; обоснованная скорость и последователь- ность возведения отдельных частей соору- жения. ЛИТЕРАТУРЫ воздействия. СНиП II-6-74. — М.: Стройиздат, 1975. 4. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83.—М,: Строй- издат, 1984. .• 5. Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. 'СНиП 11-18-76.—М.: Стройиздат, 1977.
Глава 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ........... ФУНДАМЕНТОВ ......... 6.1. РАСЧЕТ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ под колонны ЗДАНИИ И СООРУЖЕНИИ 6.1.1. Общие положения Размеры подошвы и глубина заложения фундаментов определяются расчетом основа- ния, приведенным в гл. 5. Расчет конструкции фундамента (плитной части и подколенника) производится по прочности и раскрытию тре- щин и включает: проверку на продавливание и на «обратный» момент, определение сечений арматуры и ширины раскрытия трещин, а так- же расчет прочности поперечного сечения под- коленника. Исходными данными для расчета являют- ся: размеры подошвы плитной части;, глубина заложения и высота фундамента; площадь се- чения подколенника; сочетания расчетных и нормативных нагрузок от колонны на уровне обреза фундамента. Расчет фундаментов по прочности и рас- крытию трещин производится на основное и особое сочетания нагрузок. При расчете фун- дамента по прочности расчетные усилия и мо- менты принимаются с коэффициентом надеж- ности по нагрузке по указаниям действующих СНиП, а при расчете по раскрытию трещин — с коэффициентом надежности по нагрузке, равным единице. При проверке прочности плитной части фундамента на обратный момент необходимо учитывать нагрузки от складируемого на полу материала и оборудования. При расчете фундаментов по прочности и по раскрытию трещин возникающие в них уси- лия от температурных и им подобных дефор- маций принимаются изменяющимися по верти- кали от полного их значения на уровне обреза фундамента до половинного значения на уров- не подошвы фундамента. Расчетные характеристики бетона и стали приведены в гл. 4 и принимаются с учетом со- ответствующих коэффициентов условий рабо- ты [5, 9]. 6.1.2. Расчет фундаментов на продавливание Расчет на продавливание производится из условия, чтобы действующие усилия были вос- приняты бетонным сечением фундамента без установки поперечной арматуры: при монолит- ном сопряжении колонны с плитной частью — от верха последней (рис, 6Д, а)., при монолит- ном сопряжении подколенника с плитной частью независимо от вида соединения колон- ны с подколенником (монолитные или стакан- ные) при расстоянии от верха плитной части до низа колонны Я1>(&ис—&с)/2 — от верха Рис. 6.1. Схема образования пирамиды продавлива- ния а — монолитное сопряжение плитной части с колон- ной; б — то же. с высоким подколенником; в — то же, с.низким подколенником; / — колонна; 2 т- плитная часть; 3 — подколоиник плитной части (рис. 6.1, б), а при меньшем Я1 — от низа колонны (рис. 6.1, в). Проверка выполнения этого условия производится в обоих направлениях [8]. При расчете фундамента на продавлива- ние определяется минимальная высота плит- ной части h и назначаются число и размеры ее ступеней или проверяется несущая способность плитной части при заданной ее конфигурации. При расчете на продавливание от верха плит- ной части принимается, что продавливание фун- дамента при центральном нагружении проис- ходит по боковым поверхностям пирамиды, стороны которой наклонены под углом 45° к горизонтали (см. рис. 6.1). Квадратный фундамент рассчитывается на продавливание из.условия F < kRbtbahQ, (6.1) где Р—"расчетная продавливающая сила; k — коэф- фициент, принимаемый равным 1; —расчетное сопротивление' бетона на растяжение; b а — среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды продавливания, обра- зующейся в пределах рабочей высоты сечения ho, (расстояния от верха плитной части до середины ар- матуры).
6.1. Расчет железобетонных фундаментов под колонны зданий и сооружений 111 1, ! I ju .............„..................... — Рис. 6.2. Схема образования пирамиды продавлива- ния при внецентренной нагрузке Рис. 6.3. Схема пирамиды продавливания для фунда- мента с многоступенчатой плитной частью Величины F и Ьа определяются по форму- лам: Ьа = 2 (lc + bc + 2h0); (6.2) F—Aop, (6.3) где давление на грунт без учета веса фундамен- та и грунта на его уступах; Аа = А—Ар; (6.4) здесь А — площадь подошвы фундамента; 4р — пло- щадь нижнего основания пирамиды продавливания. Для центрально нагруженных прямоуголь- ных и внецентренно нагруженных квадратных фундаментов принимают схему, в которой рас- сматривается условие прочности одной грани, параллельной меньшей стороне основания фун- дамента (рис. 6.2). Условие прочности прове- ряется по формуле (6.1). Расчет производится на действие верти- кальной силы N, приложенной по обрезу фун- дамента, и момента на уровне подошвы М. В этом случае сила и размер стороны пирами- ды продавливания будут: F — Лор; F — Aapmax, (6.5) где Ло = 0,56 (Z — Zc — 2/j0) — — 0,25 (6 — 6С — 2/j0) ?; (6.6) — 6С-J-60; (6.7) р, р щах — среднее или наибольшее краевое давление На грунт от расчетных нагрузок: при- центральном нагружении p = ;VM; (6.8) при внецентренном нагружении pmax = N/A + M/W, (6.9) здесь W — момент сопротивления подошвы фунда- мента. Если . b — bc<2ha, (6.10) то 6р = 0,5 (6—- 6С), (6.11) тогда Ло = 0,56 (Z — Zc — 2й0). (6.12) Число и высота ступеней назначаются в зависимости от полной высоты плитной части h в соответствии с табл. 4.25 и с учетом мо- дульных размеров. Вначале определяется (см. гл. 4) вынос нижней ступени фундамента (рис. 6.3) и проверяется условие F С /цц&р, (6.13) где hoi — рабочая высота нижней ступени фунда- мента. Сила F и Ьр вычисляются по формулам: F — ДиРтаж) (6.14) b-р — ^1 + 601, (6.15) где 4й — площадь многоугольника aibiCidieigc, - Лох == 0,56 (Z — Zx — 2601)— — 0,25(b — 6Х —2/г01)?, (6.16) если b — 6Х < 2/г01, то 4о1 = 0,56 (Z - Zx - 2А01) • (6.17)'
||2 Глава 6. Проектирование конструкций -фундаменсдв Ъ7бмм . , * _ f 'у , Тбми Рйс. 6.4. К определению высоты ступеней Вынос нижней ступени С] принимается не более величин, указанных в табл. 4.28 с уче- том модульных размеров. Минимальные размеры остальных ступе- ней фундамента в плане определяются после установления выноса нижней ступени ct пере- сечениями линии АВ с линиями, ограничиваю- щими высоты ступеней (рис. 6.4). Для двух- ступенчатых и трехступенчатых фундаментов эти размеры должны быть не менее: —2сх; (6.18) > mlr, (6.19) Z2 > (Z — 2^ — Zc) h3/(h2 + h3) + lc; (6.20) b2 ml2 -j- Zc; (6.21) здесь пг — отношение меньшей стороны фундамента к большей, принимаемое равным 0,6—0,85. Окончательные размеры ступеней назнача- ются С учетом унификации размеров фундамен- тов (см. гл. 4). Необходимо учитывать, что вынос ступе- ней, особенно нижней, определяет количество арматуры. В этой связи назначенные по при- веденной выше методике размеры ступеней мо- гут быть скорректированы из условия эконо- мичности армирования. При некоторых характерных соотношениях размеров ступеней проверка несущей способ- ности плитной части производится следующим образом. Для центрально и внецентренно нагружен- ных прямоугольных фундаментов с верхней ступенью, одна сторона которой Zi>Zc+2/i2, а другая b\<z.bc+2h2 (рис. 6.5), расчет на продав- ливание производится из условия , б R^t (JiQib^p -f- b2b2p). (6.22) Значение F определяется по формуле (6.5), Ь\Р и Z?2p — по формулам: ^ip ~~ hnr, (6.23) &2р==(&1-Нс)/2. (6.24) Площадь многоугольника abcdeg До = О’,5Z? (Z — /с — 2h0) - 0,25 (b — — 2h<^. (6.25) Рис. 6.5. Схема образования пирамиды продавлива- ния для прямоугольного фундамента Рис. 6.6. Схема образования пирамиды продавлива- ния для прямоугольных фундаментов, имеющих в двух направлениях разное число ступеней Если b—Z?i<2/z0[, то До определяется по формуле (6.12). Для центрально и внецентренно нагружен- ных прямоугольных фундаментов, имеющих в двух направлениях разное число ступеней (рис. 6.6), расчет на продавливание осуществляется по формуле F Rfrt 1(&о — ^з) bip 4" h3bc]. (6.26) Значение F определяется по формуле (6.5), bip — по формуле b±p ~ bc -р- (/?о Д з) (6.27) Площадь многоугольника abcdeg До — 0,5Z> (Z — Zc — 2/z0) —- — 0,25 [Ь — Ьс — 2 (Ло — А3)]?. (6.28) Если b—bc<2(h0—й3), то До определяется по формуле (6.12).
6.1. Расчет железобетонных, фундаментов под колонны, зданий и сооружений 113 Рис. 6.7. Схема образования пирамиды продавлива- ния для стаканного фундамента Проверка фундамента по прочности на -продавливание колонной от дна стакана произ- водится только от действия нормальной силы (рис. 6.7) по формуле N^kRbtblph’g lblAQ, (6.29) где /V—расчетная нормальная сила в сечении колон- ны у обреза фундамента (без его веса и Веса грунта на обрезах); bp = bg + hg> <Q-3(y) 6 — рабочая высота пирамиды продавливания от дна стакана до центра растянутой арматуры; Ло — площадь многоугольника abcdeg: Ao = O,5b(l-lg-2hs)- — Q,25(b — b—2hgy; (6.31) .lg и b g— размеры диа стакана. По прочности на раскалывание эти фунда- менты проверяются от действия нормальной силы N в сечении колонны у обреза фундамен- та по формулам: N с (1 -f- Ьс/ 1С) И Тс Al Rbt> (б • 32) N < (1 + lc/bc) Ц'Тс Ab Rbt, (6.33) где ц'— коэффициент трения бетона по бетону, рав- ный 0,7; ус —коэффициент условий работы фунда- мента в грунте, равный 1,3; А , А& — площади вер- тикальных сечений фундамента в плоскостях, прохо- дящих по осям колонны параллельно сторонам I и b подошвы фундамента, за вычетом площади сечения стакана. При bdlc<AblAt расчет ведется по форму- ле (6.32), при bcllc>Ab/Ai — по формуле (6.33). При определении N по формуле (6.32) отно- 8—213 шение Ьс/1с должно приниматься более 0,4, а по формуле (6.33) отношение 1фЬс — не менее 2,5. После проведения расчётов на продавли- вание и раскалывание принимается большее значение несущей способности фундамента. Если стакан фундамента ие армирован, дополнительно производится расчет на продав- ливание внецентренно нагруженных квадрат- ных и прямоугольных в плане фундаментов от верха стакана. При этом в формуле (6.1) коэф- фициент k принимается равным 0,75. 6.1.3. Определение площади сечений арматуры плитной части Площадь сечений рабочей арматуры в обоих направлениях определяется из расчета на изгиб консольного выступа плитной части фундамента в сечениях на грани колонны (под- коленника) и по граням ступеней от действия давления грунта. Площадь сечения арматуры на всю шири- ну фундамента определяется по формуле Л = ТИ,/(0,9/^3), (6.34) где М . — изгибающий момент в рассматриваемом се- чении консольного выступа (по грани колонны или по граням ступеней); /г .—рабочая высота рассмат- риваемого сечения от верха ступени до центра ар- матуры; R s— расчетное сопротивление арматуры. Изгибающие моменты Mi в расчетных се- чениях определяются по давлению грунта р, вычисленному от расчетных значений нормаль- ной силы N, приложенной по обрезу фундамен- та, и изгибающего момента М на уровне подош- вы, действующего в плоскости определяемого момента Л4,- [6]. . Изгибающий момент Mi в сечении .1, оп- ределяемый в направлении I (большего раз- мера подошвы), с? & Жг--Т”(2ртах+рг) (6.35) б и в направлении b (меньшего размера подош- вы) с2 i Myi= ~ (?Ртах 4" Pi) > (6.36) о где с . —длина консоли от края фундамента до рас- четного сечения (рис. 6.8); Р тах — максимальное краевое давление на грунт, определяемое по формуле (6.9); — давление на грунт в расчетном сечении: . р. ^N/A + ^M/W- (6.37) k- = l-2c.ll. (6.38) 6.1.4. Расчет плитной части на «обратный» момент При неполном касании подошвой фунда- мента грунта (см. гл. 5) необходимо проверять
114 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов сматриваемом сечении от действия нагрузки на поверхности и веса фундамента с лежащим выше грунтом (рис. 6.9): = + (6.40) где q — нагрузка на пол, кН/м5; qf— "yd; (6.41) здесь v — усредненный удельный вес грунта и фунда- мента кН/м3; d — глубина зало кения фундамента. Момент сопротивления бетонных сечений определяется по формуле F. = ^/3,5, (6.42) где h . — высота сечения. 6.1.5. Расчет прочности поперечных сечений подколонника Расчет продольной арматуры железобетон- ного подколонника производится на внецент- ренное сжатие в двух сечениях по высоте (рис. 6.10): прямоугольного сечения на уровне плит- ной части (сечение /—7) и коробчатого сече- Рис. 6.9. К определению обратного момента прочность плитной части на изгиб в обратном направлении в сечениях (по граням ступеней), расположенных в пределах участка отрыва подошвы от действия веса грунта на уступах фундамента и от нагрузок на полу над фунда- ментом, которые вызывают так называемый обратный момент. Обратный момент должен быть воспринят бетонным сечением плитной части (без поста- новки горизонтальной арматуры в растянутом сечении). Предельное значение обратного мо- мента Mir должно удовлетворять условию Mir^RbtW{, (6.39) где М -г — изгибающий обратный момент в рассмат- риваемом t-м сечении консольного выступа (по грани колонны или по граням ступеней); W. — момент со- противления для растянутой грани t-ro бетонного се- чения. Изгибающий обратный момент ЛД- опреде- ляется как сумма изгибающих моментов в рас- ния стаканной части на уровне заделанного торца колонны (сечение II—11). При расчете прямоугольных сечений I—I принимаются расчетные усилия: нормальная сила N по обрезу фундамента и изгибающие моменты Мх и Му на уровне рассматриваемого сечения. Для коробчатого сечения III—III или ПГ—ПГ стаканной части подколонника пло- щадь сечения поперечной арматуры (рис. 6.11) допускается определять от действия условных изгибающих моментов Mkx и ^^относительно оси, проходящей через точку k (&'), без учета нормальной силы: в плоскости х (вдоль стороны I) при eQx>(c/2 Mhx = 0,8 (Мх + Qx hQ - Nle/2y, (6.43)
6.1. Расчет железобетонных фундаментов под колонны зданий и сооружений 115 при 1с/2>еОх>1с/Ъ + (6.44) в плоскости у (вдоль стороны Ь) при еоу^-Ьс!2 Mfty = 0,8(My + (?^Q-^/2); (6.45) при &с/2>е0у>^с/6 Mk-y = ^v + 4Sh9-b'™%- <6-46> где N, М х,, My,Qx,Qy —нормальная сила, изгиба- ющие моменты и горизонтальные силы на уровне обреза фундамента. Стенки стакана армируют горизонтальны- ми сварными сетками, площадь поперечной ар- матуры которых в сечении III—III или III'— ИГ (см. рис. 6.11) определяется из уравнений: ^RsAiZi^Mk', (6.47) г 1 где А £ — площадь всех стержней одного направления в сетке; z —расстояние от плоскости сетки до низа колонны; 7?s_— расчетное сопротивление арматуры. При одинаковых диаметрах поперечной ар- матуры и одинаковой марке стали площадь сечения поперечной рабочей арматуры каждой сварной сетки будет: при е0>1с/2 (п 1 при 1с12>е0>1с/6 Рис. 6.11. Расчетные сечения стакана 8* Поперечное армирование подколенника при действии нормальной силы в пределах яд- ра сечения (е0</гс/6) назначается конструктив- но. Если это необходимо по расчету, то допус- кается увеличивать диаметр стержней двух верхних сеток по сравнению с диаметром стержней остальных сеток, который назначает- ся в соответствии с расчетом. При заглублении стакана в плитную часть фундамента площадь сечения поперечной рабо- чей арматуры сеток также определяется по формулам (6.48), (6.49), а сетки поперечного армирования устанавливаются в пределах под- коленника. Стенки стакана допускается не армиро- вать в следующих условиях: при их толщине поверху более 200 мм и более 0,75 высоты верхней ступени (при глубине стакана большей, чем высота подколенника); при их толщине поверху более 200 мм и более 0,75 глубины стакана (при глубине стакана меньшей, чем высота подколонника). Проверка прочности дна стакана подколонника производится расчетом на местное смятие от торца колонны. Для внецёнтренно сжатых подколенников и изгибаемой плитной части ширина раскры- тия трещин рассчитывается следующим обра- зом: если Mt/Ms^/a — проверяется длитель- ное раскрытие трещин, от действия момента Mt, если Л1//Ж<!/з — проверяется кратковре- менное раскрытие трещин от действия момен- та Ms (где Mt — момент от постоянных и дли- тельных нагрузок; Л13 — суммарный момент, включающий и кратковременные нагрузки). Проверка ширины раскрытия трещин при однорядном армировании не производится в таких случаях [9]: если коэффициент армирования р превыша- ет 0,02 для арматуры классов A-II и А-Ш; если при любом р диаметр арматуры не превышает 22 мм для класса A-II и 8 мм для класса А-Ш. Предельная ширина трещин не должна превышать: при расположении элемента выше уровня грунтовых вод при кратковременной нагрузке 0,4 мм, при длительной 0,3 мм; при расположении элемента ниже уровня грунтовых вод при кратковременной нагрузке 0,3 мм, при длительной 0,2 мм. Пример 6.1. Определить размеры и площадь сече- ния арматуры внецентренно нагруженного фундамен- та со ступенчатой плитной частью и стаканным со- пряжением с колонной размером сечения /СХЬС= =400X400 мм. Глубина заделки колонны 0,75 м. От- метки: низа колонны — 0,90 м, обреза фундамента — 0,15 м, низа подошвы — 2,55 м. Размер подошвы 3,3X2,7 м. Расчетные, нагрузки на уровне обреза фундамента . приведены в табл, 6.1.
116 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов ТАБЛИЦА 6.1. к ПРИМЕРУ 6.1 Расчетное ‘ сочетание При = 1 При Vf>1 N, кН м„, X кН м кН му' кН м Qy, кН ZV, кН Л1Х’ кН • м кН Му- кН -м Qy. кН 1 2000 80 30 50 20 2400 96 36 60 24 2 800 ПО 50 70 30 960 132 60 84 36 3 1750 280 60 10 5 2100 336 72 12 6 Индексы обозначают: х— направление вдоль большего размера подошвы; у — то же, Примечание, вдоль меньшего. Материалы: сталь класса A-III, R s=360 МПа (0 6—8 мм), Я s =375 МПа (0 10 мм), бетон тяже- лый марки М150 (М200). Расчетные сопротивления приняты со следующи- ми коэффициентами условий работы: =1; Vj,2~ =0,9: =0,85. Решение. 1. Назначение предваритель- ных геометрических размеров фун- дамента (рис. 6.12). Определим необходимую тол- щину стенок стакана по сочетанию 3: ео = Mx/N = 336/2100 = 0,16 м, т. е е < 2/ — 2-0,4 = 0,8 м. V С Толщина стенок должна быть 6>0,2(с=0,2Х0,4= =0,08 м, но не менее 0,15 м. Тогда размеры подко- лонника ZMC =f?f£C=2X0,15+2X0,075 + 0,4=0,85 м. При- нимаем с учетом рекомендуемого модуля 0,3 м. Высоты ступеней плнтной части й-=0,3 м. Пло- щадь подошвы фундамента А =3,3X2,7=8,92 м3. Мо- мент сопротивления в направлении большего раз- мера Wx = I2 b/6 = 3,32-2,7/6 = 4,9 м\ Рабочая высота плитной части /г=0,3-2—0,05= =0,55 м. Глубина стакана h. g=0,75+0,05=0,8 м. 2. Расчет фундамента на продавли- вание. Расстояние от верха плитной части до низа колонны 1,05 м, в то время как /г UC=(ZUC—Zc )/2 = =0,25 м, следовательно, проверка на продавливание плитной части производится от низа подколонника. Максимальное краевое давление на грунт (6): сочетание 1 = 2400/8,92+ (96 + 36-2,4)/4,9 = 0,268 + + 0,033 = 0,306 МПа; сочетание 3 = 2100/8,92 -+ (335 + 72-2,4)/4,9 = lit *Ju * = 0,339 МПа. Принимаем наибольшее значение Ртах=0,339 МПа Продавливающая сила F=Aap I it>(X По формуле (6.6) Ао = 0,5 Ъ (I - 1ис - 2йо) - 0,25 (Ь ~ &кс - 2Л0)2 = = 0,5-2,7 ( 3,3 — 0,9 — 2'0,55) — 0,025 (2,7 —0,9 — — 2-0,55)2 = 1,64 м2. Тогда F= 1,64-0,339=556 кН. Задаемся маркой бетона М150 с R^ =0,57 МПа. С учетом у &2=0,9 и V =0,85 R^=0,57-0,9 0,85 = = 0,436 МПа. По формуле (6.7) & .. = Ь+7г0=0,9+0,55=1,45 м. Тогда Р kR,t h = 1-0,436-1,45-0,55 = 305 кН < 556 кН. ot р о Следовательно, принятая высота плнтной части фундамента недостаточна. Переход на бетон марки М200 повысит несущую способность на продавлива- ние в 250/150=0,7/0,57=1,2 раза, чего также недоста- точно. Следует либо увеличить высоту верхней сту- пени (например, с 0,3 до 0,45 м), либо ввести еще одну (третью) ступень, т. е. принять высоту плитной части /г=0,9 м; ft0=O,85 М. ' Принимаем тре> ступенчатый фундамент. Провер- ку на продавливание производим (при разном числе ступеней плитной части) в двух направлениях по формулам (6.27) и (6.28): А„ = 0,55 (7 - 1ис - 2й0) - 0.25 [6 - &„с - — 2(/г0 — й3)]2 = 0,5-2,7 (3,3 — 0,9 — 2'0,85) — — 0,25 [2,7 — 0,9 — 2 (0,85 — 0,3)]3 = 0,85 м2; F' = 0,85-0,339 = 288 кН; -f- = 0,9 -f- (0,85 — 0,3) = 1,45 м. Несущая способность фундаментов по формуле (6.26) F = 0,436 [(0,85 — 0,3) 1,45 + 0,3-0,9] = = 465 кН > 288 кН. Принятый фундамент удовлетворяет условию прочности на продавливание. Рассмотрим дополнительно вариант при двухсту- пенчатом фундаменте с высотой верхней ступени 0,45 м. Тогда (при /го=О,7 м): Ао = 0,5-2,7 (3,3 — 0,9 — 2-0,7) — 0,25 (2,7 — — 0,9 — 2-0,7)2 = 1,31 м2; F' = 1,31-0,339 =444,ГкН; b = о,9 + 0,7 = 1,6 м. Несущая способность фундамента по формуле (6.1) F — 1-0,436-1,6-0,7 = 488,3 кН > 444 кН, т. е. и такой фундамент удовлетворяет прочности на продавливание. Покажем, однако, что последний вариант менее экономичен. Действительно, объем плитной части вы- сотой 0,9 м при трехступенчатом фундаменте V, = 3,3-2,7-0,3 + 2,4-1,8-0,3 + 1,5-0,9-0,3 = 4,37 м3, а при двухступенчатом фундаменте с учетом допол-,
6.2. Расчет ленточных фундаментов и стен подвалов нительного объема подколонника на высоте 0,9— —0,75=0,15 м V2 = 3,3-2,7 4- 2,4-1,8-0,45 4- 0,9-0,9-0,15 = = 4,74 м3 > 4,37 м3. Итак, принимаем трехступенчатый фундамент с высотой плитной части 0,9 м. Проверим прочность нижней ступени при задан- ном ее выносе 450 мм и /ioi=O,25 м: Ао = 0,5-2,7 (3,3 —2,4 —2-0,25) — — 0,25 (2,7 — 1,8 — 2-0,25)s = 0,5 №; Р = 0,5-0,339 = 169 кН; bip = 1,8 + 0,25 = 2,05 м. Несущая способность ступени F=1 -0,436-2,05Х Х0,25=223 кН> 169,5 кН. Размеры лежащих выше ступеней назначаются пересечением линии АВ с линиями, ограничивающи- ми высоты ступеней (рис. 6.13). Определение площади сечений арматуры плитной части фундамента проведем на примере нижней ар- матуры (направленной вдоль большей стороны по- дошвы фундамента) класса А-Н. Расчетные усилия на уровне подошвы принимаем по сочетанию 3 без учета веса фундамента; # = 2100 кН; М = 336 4- 72-2,4 = 509 кН-м; еох = 509/2100 = 0,242 м. Рис. 6.14. Наружные стены подвала а —< массивная; б — гибкая, опертая на перекрытие; в — гибкая, опертая на колонны Определим давление на грунт в расчетных сечениях (см. рис. 8.12).- Ртах = N!A + = 2100/8,92 + - • 4- 509/4,9 = 370 ' kH’/m2; По формуле (6.38) А=1-2-0,45/3,3=0,73, тогда p; = N/A 4- Aj M/W = 236 4- 0,73-135 = 345 кН/м3. Аналогично получаем: fe'; = 1 — 2-0,9/3,3 =0,45; p = 236 4- 0,45• 135 = 297 кН/м2; k = 1 — 2-1,2/3,3 = 0,28; Рп/ = 236 4- 0,28-135 = 274 кН/м2.' ... Изгибающие моменты: 0 452 27 Mr = —:-----1-2— (2-370 4- 345) = 97 кН-м; . 6 0 92-2 7 ми = —-------:— (2-370 4-297) = 375 кН-м; , ‘ 6 1 92.0 7 Мш = ~-----------— (2-370 + 274) = 665 кН-м. 97-Ю3 Fj — ------------ 0,9-25-285 Принимаем арматуру класса А-П с 7?s=285 МПа: .. 2 л- 375-Ю3 ' = 15 см2; F тг = ------------= 0,9-55-285 = 26,2 см2; 665-103 -----------= 30,2 см2. 0,9-85-285 FIIV= 6.2. РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ И СТЕН ПОДВАЛОВ 6.2.1. Общие положения Ленточные фундаменты под стены выпол- няются в монолитном или сборном варианте (см. гл. 4). При наличии подвала, фундамент- ная стена является одновременно стеной подва- ла, которая работает совместно с элементами сооружения. По конструктивному решению стены под- валов зданий и сооружений подразделяются на массивные (рис. 6.14, а) и гибкие (рис. 6.14, б, в). Массивные стены применяются в подвалах зданий и сооружений и выполняют- ся из кирпича, крупных бетонных блоков, па-
118 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов нелей и т. д. Гибкие стены выполняются, как Правило, в виде железобетонных навесных па- нелей, работающих на изгиб в вертикальной плоскости. Стены подвалов опираются на пе- рекрытия, располагаемые выше или ниже по- верхности грунта. Стены подвала, опертые на колонны, рас- считываются по схеме разрезной балки с ра- счетным пролетом, равным расстоянию между осями колонн, на равномерно распределенную нагрузку от давления грунта, равного средне- му давлению в пределах условно принятой расчетной ширины панели. Наружные стены подвалов, опертые на пе- рекрытия, рассчитываются: по первой группе предельных состояний — на устойчивость по- ложения стен подвалов против сдвига на по- дошве фундамента (при отсутствии специаль- ных конструктивных мероприятий, удерживаю- щих стену от сдвига); на устойчивость осно- вания фундамента стены (для нескальных грунтов); на прочность скального основания (для скальных грунтов); на прочность элемен- тов конструкций и узлов соединений; по вто- рой группе предельных состояний — на дефор- мации оснований фундаментов стен, на обра- зование трещин в элементах конструкций. Все эти расчеты, за исключением расчетов на устойчивость основания, в которых следу- ет использовать метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения, выполняются так же, как и для свободно стоящих подпорных стен (см. далее гл. 7). Расчеты на устойчивость с использованием метода круглоцилиндриче- ских поверхностей скольжения производятся при фиксированном центре этих поверхностей. За центр поверхности скольжения в этих слу- чаях принимается нижняя точка опирания сте- ны на перекрытие. 6.2.2. Расчет ленточных фундаментов Ленточные фундаменты наружных стен зданий с подвалами рассчитываются на на- грузки, передаваемые стеной подвала, и на действующее на них давление грунта. Расчет ленточных фундаментов произво- дится по сечению /—I, проходящему по краю фундаментной стены (рис. 6.15), а при ступен- чатой форме фундаментов — и по грани сту- пени. Расчетные усилия в сечении на 1 м дли- ны фундамента при центральной нагрузке оп- ределяются по формулам: М=100ра?/2; (6.50) Q=100pa, (6.51) уде р— среднее давление по подошве фундамента, передаваемое на грунт от расчетных нагрузок; 4— вылет консоли фундамента. Расчетные усилия в сеЧении на 1 м дли- ны фундамента при внецентренной нагрузке Рис. 6.15. К расчету ленточного фундамента (см. рис. 6.15) вычисляются по формулам: М = аЦ2ртаХ^Р1)/6-, (6.52) Q = а (ртах + Р1)/2, (6.53) где р тах и р|— соответственно давления от расчет- ных нагрузок, передаваемые на грунт под краем фун- дамента и в расчетном сеченли. Расчет по прочности нормальных сечений производится на момент от расчетных нагру- зок. Подбор площади сечения продольной ар- матуры производится по формуле где R s — расчетное сопротивление арматуры растя- жению; v — коэффициент, определяемый по табл. 6.2 в зависимости от параметра ft,-. — рабочая высота сечения, принимаемая равной расстоянию от верха фундамента до центра арматуры. ТАБЛИЦА 6.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА v fl ло V А) V 0,039 0,98 0,139 0,92 0,058 0,97 0,164 0,91 0,077 0,96 0,18 0,9 0,095 0,95 0,204 0,88 0,113 0,94 Параметр Ао определяется по формуле М 4 =--------7 > <6-55) где R расчетное сопротивление бетона для пре- дельного состояний первой группы; Ь — ширина се- чений фундамента.
6.2. Расчет ленточных фундаментов и стен подвалов 119 При расчете наклонных сечений на дейст- вие поперечной силы должно соблюдаться ус- ловие . О< 0,357?ь&й0. (6.56) Расчет на действие поперечной силы не производится при (6.57) где kt — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 0,75; Ку —расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состоя- ния первой группы. Расчет элементов без поперечной армату- ры производится из условия МЬ, (6.58) где Q — поперечная сила, действующая в наклонном сечении, т. е. равнодействующая всех поперечных сил от внешней нагрузки, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения; Q Ъ — поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном Сечении; ... Qb = k2Rbtbh2Q/cK (6.59) где k2 — коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 1,5; с — длина проекции наклонного сечения на продольную ось. Железобетонные фундаменты рассчитыва- ются по раскрытию трещин, при этом ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, определяется по формуле ас = 1,2т]20 (3,5 —- 100ц) (6.60) Еа где Т] — коэффициент, принимаемый равным при стер- жневой арматуре периодического профиля 1,8, глад- кой 1,3, при проволочной арматуре - периодического профиля 1,2, гладкой 1,4; as —напряжение в стерж- нях растянутой арматуры; [1 — коэффициент армиро- вания сечения, принимаемый равным отношению пло- щади сечения арматуры к площади сечения bxh.o, но не более 0,02; d — средний диамётр растянутой арма- туры: = + • • • (6.61) где dt, ..., d —диаметры стержней растянутой арма- туры; «j, rift—число стержней соответствующей арматуры. Напряжение в арматуре определяется по формуле Gs = F>sMIMu (6.62) где Л41 — момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке у у =1: Мг = ЛЫ'м''; (6.63) М — момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке у >1; А — ' г> фактическая площадь принятой арматуры; Д^ — пло- щадь арматуры, требуемая по расчету прочности. Пример 6.2. Рассчитать фундаментную плиту с угловыми вырезами (рис. 6.16). На 1 м длины фун- дамента передается нагрузка 450 кН. Бетон марки М150, имеющий 7? ^=0,63 МПа и 7? у=7 МПа. Решение, Среднее давление по подошве фунда- мента р = 450-240/(0,4-1,6 -f-О, 6-2,4) =0,52 МПа, а с учетом коэффициента надежности по нагрузке р'= 1,2-0,52 = 0,62 МПа. Нагрузка на 1 м ширины фундаментной плиты составит: . • <34 = 0,62-1,6 = 995 кН/M; = 0,62-2,4 = 1490 кН/м. Расчет проводим в трех сечениях: I—1 — по грани стеновой панели; II—II —по грани угловых вырезов Рис. 6.16. К расчету фундаментной плиты с угловыми вырезами а — план плиты; б — поперечное сечение плиты; в —• схема ре- активного давления грунта; 1 — стена подвала; 2 — фунда- ментная плита; 3, 4 — расчетные на- клонные сечения учетом анкеровки арматуры на величину 1 , рав- с ную примерно 9 см; III— III — то же, без учета ан- керовки. Расчетные усилия в этих сечениях будут: Mj_] = 995-0,42-/2 4- (1490 — 995) 0,2353/2 = = 101,3 кН-м; Q/—/ = 995-0,185 4- 1490-0,235 = 534 кН; Мц—1] = 995-0,275=72 4- (1490 — 995) 0,0972 = = 39,6 кН-м; ^П—П = 995.0,2 = 199 кН; МШ—III =37,5 кН-м; QlII— III ~ 168 кН- • Определяем необходимую площадь сечення арма- туры при йо=О,3—0,033=0,267 м: сечение 1—I = 0,0853; 700-240-26,7* Ао —• по табл. 6.2 находим ^=0,955; площадь сечения ар- . матуры 10-130 000 А = —-—-../-22—-2------11,67 сма; s 34 000-26,7-0,955 сечение II—II „ 3-960 000 ' До = ----------------- =; 0,0оо; 700-240-26,7° при v=0,983 площадь сечения арматуры 3-960 000 л „ = 4,42 см3; А s 34 000.26,7-0,983 сечение III—III Ао = 0,0472; V = 0,976; Д.=4,23см9. Армируем двумя сетками — нижней, рабочая ар- матура которой принята диаметром 8 мм из стали класса А-Ш в количестве 16 стержней общей пло-
120 ; Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов щадью 8,04 см2, и верхней из арматуры диаметром 5 мм класса Вр-I в количестве 24 стержней общей площадью 4,73 см2. Общая площадь арматуры в се- чении /—I составляет 12,77 см2. ; Рассматриваем наклонные сечения 3 и 4. Опре- деляем по формуле (6.56): Q = 0,357?; bhn = 0,35.0,7-26,7 = 1516 кН > 534 кН. О? и Находим по формуле (6.57): <2Х = Rbt bh0 = 0,75-0,063-240-26,7 = 292,4 < 534 кН, т. е. требуется расчет на действие поперечной силы. В сечении, 3 с=26 см. Тогда а'=а—с=42—26=16 см. Высота сечения для а': h' = 10 + 16 (30 — 10)/20 = 26 см; h01 = 26 — 4 = 22 см; Йо = (22 4- 26)/2 = 24 см. . . Определяем усилие, воспринимаемое бетоном, и действующее усилие: 1,5-0,063-238-242/26 = 498,3 кН; Q = Q/^—j — qc = 534 — 1496-0,235 — — 995 (0,26 — 0,235) = 159 кН < 498,3 кН. В сечении 4 принимаем с=37 см. Тогда а'=42— —37=5 см и йв=18,5 см, откуда: Qb = 1,5-0,063-160-18,5а/37 = 140 кН; Q = 534 — 1490-0,235 — 995 (0,37 — 0,235) = = 50 кН < 140 кН. Расчет по трещиностойкости производим для се- чения 1—1 по расчетным нагрузкам с коэффициен- том надежности по нагрузке, равным Г. Л1' = Af/V^ = 101,3/1,2 = 84,4 кН-м; 7=12,77 сма; = 12,77/(240-26,7) =0,002; ; - . Afj = ЛМ'/д" = 101,3-12,77/11,68 = 110 кН-м; 0=7? Af'/AI, = 34-103-844-104/11-105 = 259 МПа- 8 S V 1 ’ Изгибающие моменты и поперечные силы в стенах подвалов определяются по форму- лам: при перекрытии подвала, расположенном ниже уровня планировки (рис. 6.17) Minf = m2 (Vjcr^p + ПП-, (6.64) / 1 .1 \ rrii Qsav ~ I ~T~ Gsuv 4" T~ Ginf pH-------------- 5 sup у 3 sup i 6 injj (6.65) Qinf ~ r O'eapH- „ GinfjlH—- - ; \ О О j n (6.66) 1 Mx = Qsup X~-~Y °sup + /X2. (6.67) 3H расстояние от верхней опоры до макси- мального пролетного момента х0 — (<7- о )/(/#)—щ Н __- sup s»pl inf sup) х ’ sup. , ®inf ®sup (6.68) при перекрытии подвала, расположенном выше уровня планировки, Mint — / 1 3 1 o\„n — — — п -4--------- sap 1 2 8 "I 10 d = (24-0,5® + 16-0,82)/(24-0,5 + 16-0,8) = 6,6 мм; а. = 1,2-1 -^2— 20 (3,5 — 100-0,002) т/бТ = С 2-Ю3 ’ = 0,191 мм < 0,3 мм. + <W НхгИ (6.69) \ О о 4U /J пЬН± Qsup с (2<JSUp <3inf) 6.2.3. Расчет стен подвалов . \ Наружные стены подвалов рассчитывают- ся на нагрузки, передаваемые наземными кон- струкциями, и на давление грунта, определяе- мое по рекомендациям гл. 7. 4-Полезная нагрузка на прилегающей к подвалу территории по возможности заменяет- ся эквивалентной равномерно распределенной. При отсутствии данных об интенсивности по- лезной нагрузки она может быть принята рав- ной 10 кПа. Усилия в стенах подвала, опертых на пе- рекрытие, определяются как для балочных плит с защемлением на уровне сопряжения с фунда- ментом, так и с шарнирной опорой в уровне опирания на перекрытие с учетом возможного перераспределения усилий от поворота (крена) фундамента или смещения стен при загруже- нии территории, прилегающей к подвалу. Mini ^1 (6.70) Qinf — Ml O'SUp f 3 fl] -f- 1 Mr — Qsr/B X — — ®sup + _J_ (<Hnf — gs»p) (Hj 4- X — H) 1 1 3^i Jx ХИЯ1 + Х —Я)2; (6.72) & inf &sup (6.73) где и п.-л/ -—горизонтальные давления на м М Д/ J J I- д верхнюю и нижнюю части стены подвала от собст-
6.2. Расчет ленточных фундаментов и стен подвалов 121 Рис. 6.17. К определению расчетных усилий в стенах подвалов а — при перекрытии выше уровня планировки; б — при перекрытии ниже уровня планировки венного веса грунта и от равномерно распределенной нагрузки на поверхности грунта; о = о4uhp 4- ст ,—о' (6.74) sup а1г 1 qh ch о. , = о' а — ст г, (6.75) inf ап 1 qh ch ' (здесь аШР , аф?, о , и о , —определяются по 4 ah ah qh ch указаниям гл. 7; индексы «sup» и «mf» относятся соответственно к верхней и нижней частям стены); —изгибающий момент на уровне нижней опо- ры; М х~ изгибающий момент в сечении стены, рас- положенном на расстоянии X от верхней опоры; Q — поперечная сила на уровне верхней опоры; о / Q-ny — поперечная сила на уровне нижнеи опоры (на уровне сопряжения стены с фундаментом); I — размер сечения стены (в продольном направлении); Я —рас- стояние от низа перекрытия до верха фундамента; /Л — толщина слоя грунта, - вводимая в расчет при определении бокового давления грунта (см. рис. 6.17); т\ — коэффициент, учитывающий поворот фундамен- та; тг — коэффициент, учитывающий податливость верхней опоры; kx и й2 — коэффициенты, учитываю- щие изменение жесткости стеновых панелей (для стен с переменной толщиной по высоте), принимают- ся по табл. 6.3 в зависимости от отношения толщины стеновой панели в верхней части &sup к толщине ее в нижней части на уровне сопряжения с фундаментом; п=Нх!Н. Коэффициент т\, учитывающий поворот ленточного фундамента, принимается при на- ТАБЛИЦА 6.3. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ &suP^inf kt k2 1 0,0583 0,0667 0,7 0,0683 0,0747 0,6 0,0753 0,0787 0,5 0,0813 0,0837 0,4 0,0883 0,0907 0,3 0,0993 0,0977 личин конструкций, препятствующих повороту фундамента (перекрестных лент или сплошной фундаментной плиты), равным 0,8; в осталы ных случаях mi определяется по формуле 1 т± =, (6.76) 1 +4,^ (Н + Л,)] где Е mw — модуль упругости материала стены; £ — модуль деформации грунта основания; Ь — Шир-ша подошвы фундамента; — толщина стены в се- чении по обрезу фундамента; йу —высота фунда- мента. Если значение тх по формуле (6.76) ока- жется более 0,8, то принимается Ж|=0,8. Коэффициент т2 в случае, когда перекры- тие подвала расположено ниже уровня плани- ровки, принимается: при невозможности горизонтального сме- щения верхней опоры стены (опирание пере- крытия на массивные фундаменты, поперечные стены и т. п.) - :' m3 = mi -f- 0,2; : (6.77) при возможности упругого смещения верхней опоры стены 1 ' m2 — l,2(mi 4-0,2). ' ' ' (6.78) Если перекрытие подвала расположено вы- ше уровня планировки, т2 = 1,4 (тх 4-0,2). (6.79) Пример 6.3. Требуется определить усилия в мас- сивной стене подвала. Исходные данные:, стена; под- вала — из бетонных блоков шириной 50 см; марка бетона М200; высота подвала 77о = 3,3 м (рис.' 6.18); ширина подошвы фундаментной плиты 1,4 м, высота- 0,35 м; глубина заложения подошвы фундамента Ьт пола подвала 0,5 м; расчетная высота стены : Н=' = 3,45 м; нормативная нагрузка от лежащих выше конструкций здания на 1 м стены подвала 200 КН; временная нормативная равномерно распределенная.
122 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов 51F Рис, 6,18. К примеру 6.3 нагрузка на поверхности грунта ?П“Ю кПа; грунт засыпки — суглинок с характеристиками: у j= 19,5 кН/м3; у jj = 19,5 кН/м3; (Pj=22°; <р^=24“; с j = 5 кПа; =7,5 кПа; £=14 000 кПа. Расчет производится на 1 м длины стены подвала. Принятая ширина подош- вы фундаментной плиты проверена расчетом основа- ния по первой и второй группам предельных состоя- ний. Решение. Определяем момент М .nj и поперечную силу на уровне верха фундаментной плиты. Находим: = 25,5 кПа; Gqh ~ ~ „ ( cos 22° \ 2 = 10-1,2 ---------------- = 5,5 кПа, \ 1 + sin 22° J где V-f — коэффициент надежности по нагрузке, рав- ный 1,2; О , = с' .2 -./Д~ - 5-1,35 = 6,75 кПа. ch 1 'У а Вычисляем о и а по формулам (6.74) и ЬМ (J С It'J (6.75): ' 0 = 04-5,5 — 6,75 =— 1,25 кПа; G.nf = 25,5 4- 5,5 — 6,75 = 24,35 кПа; Н' = НЛ -—^^21------- = 2,6 ----_ = 2,47 м. °sup + Ginf 1,25 4- 24,35 Находим коэффициенты тх и т2 по формулам (6.76) и (6.78), принимая Е ,=8,4' 104 кПа: 1 nit ------------------------------------—----— = 1 4-8,4.1O1-D,5V[14 000-1,42 (3,45 4- 0,35)] = 0,091; т2 = 1,2 (0,091 4- 0,2) = 0,35. Коэффициент п=Н'/Н=2,47/3,45=0,71. Определяем расчетные усилия в стене по форму- лам (6.69)—(6.72): X 1.2,47= == 4,7 кН-м; ^sup 0,71-1.2,47 6 <п сод та 4,7-0,091 (0 4~ 24,3b)----------------- 6,9 кН; 3,45'0,35 Q.. =0,7ЬЗ,45Го 4- 24,35 (------------ 0,71V 4-. inJ L \ 2 6 J J 4,7 4--------- 24 кН; 3,45 „ Rq71o 1 Г„, 24,35 (2,47 + 1,13 - 3,45)1 х 2 L 3-2,47 X 1 (2,47 + 1,13 — 3,45)2 = 7,8 кН-м; v [/о + 2-6,9 (24,35 - 0)/(1-2,47) — J 2,47 _ 24,35 — 0 = 1,13 м. В этом случае взамен фактического значения принимаем расчетное значение Н'. 6.3. РАСЧЕТ БУРОБЕТОННЫХ ФУНДАМЕНТОВ 6.3.1. Общие положения Буробетонные фундаменты применяются в твердых, полутвердых, и тугопластичных пы- левато-глинистых грунтах при отсутствии под- земных вод. Устройство таких фундаментов целесооб- разно при значительных внецентренных и го- ризонтальных нагрузках, когда в работу вклю- чается боковая поверхность, за счет чего про- исходит перераспределение контактных давле- ний по подошве. Размеры подошвы фундамента, определяют по сочетанию нагрузок, при котором действует максимальная вертикальная нагрузка, и прове- ряют на максимальное краевое давление. При наличии у фундамента: пяты, расположенной ниже уширения, глубина заложения, фундамен- та, учитываемая при назначении расчетного сопротивления, принимается до середины пяты. Для характеристики жесткости основания используется коэффициент равномерного сжа- тия Co = Po/s, (6.80) где ро — дополнительное к природному давление на грунт по подошве фундамента; s — осадка условного фундамента, границы, которого определяются соглас- но схеме, приведенной на рис. 6.19.
6.3. Расчет буробетонных фундаментов 123 Рис. 6.19. К опреде- лению осадки фунда- мента Коэффициент неравномерного сжатия оп- ределяется по формуле i c=kcQ, ' (6.81) где fe — коэффициент, принимаемый равным 2,68. Возникновение сил трения по подошве учи- тывается коэффициентом cT=Os7co. (6.82) Рассматриваются следующие расчетные сочетания нагрузок на фундамент: a) Nmax, Ma, QaJ б) Мтах} Nа> Qai В) Ntnini Ма> Qa, где Nmax, Nmin и Nа —' максимальная, мини- мальная и соответствующая вертикальная си- ла; Мтах и Ма — максимальный и соответст- вующий момент, включающий момент от гори- зонтальной СИЛЫ Qa. При проектировании используются харак- теристики грунта, полученные на основе мате- риалов инженерно-геологических изысканий [10]. Расчетная схема буробетонного фунда- мента представлена на рис. 6.20. ©.3.2. Метод расчета По первому сочетанию нагрузок опреде- ляются размеры подошвы фундамента и по другим сочетаниям они проверяются. По пер- вому сочетанию нагрузок проверяется проч- ность опорного уширения. Размеры подошвы проверяются исходя из условия непревышения краевого давления, оп- ределяемого по формуле Ртах = NIA + с' id/2, (6.84) где N — вертикальная нагрузка на фундамент, вклю- чая его вес; I —- крен фундамента: 1 = (Л4В + ^Л1)/(ВР— Л2); (6.85) здесь 4 = ~=r (d, ф + л, - d, + а,: ьу hl (6.86) в = + dt Kf - d, ; зУ hi (6.87) о=-^(^Ч^?2-^7'2) + 7У hi + !%Асх-ус1; (6.88) Z = W2 (6.89) (W — момент сопротивления подошвы фундамента от- носительно центральной оси). Прочность опорного уширения определя- ется по формулам с использованием расчетных схем, приведенных на рис. 6.21. Высота опорного уширения Рис. 6.20. Расчетная схема фундамента 3,5М Rbt ь (6.90) где М—момент в рассматриваемом сечении; —- расчетное сопротивление бетона при растяжении; b — ширина рассматриваемого сечения: b = (6.91) здесь г — радиус верхней цилиндрической части. Момент М в расчетном сечении от дейст- вия реактивного давления, действующего на площади Лм, определяем по формуле М — Pn^m Pn+m » (6 •92) где ^ = T(r2~r'); (в-93) Расстояние от поверхности до места при- ложения равнодействующей сил трения при- нимается по формуле = + Л?), (6.83) где А и А — площади уширения и пяты. PN+M •— среднее давление пределах площади по подошве уширения в —расстояние от боко- вой грани цилиндрической части до центра тяжести эпюры давления: Pn+m — (Pn Pn + Рм РмУPN+M *» (6-94) == 0,6 (г3 — г3)/(г2 — rj) — rt't (6.95)
124 . Глава 6, Проектирование конструкций фундаментов Рис. 6.21. К определению прочности опорного ушире- ния фундамента pn=N/A, (6.96) здесь N — расчетная нагрузка на фундамент; Ум = 0Л& (/ -4)/('3- 4) - V (6.97) п Ртах Pmin г з 3\ ,-.о. Р.м = "6Д^--------------(' ~ Ч}- <s 6-98) s При . центральной нагрузке в формулу (6.92) вместо i/w+м ' следует подставлять у^. Пример 6.4. Рассчитать буробетонный фундамент (рис. 6.22), предназначенный под колонну сечением 80x60 см. Сопряжение колонны с фундаментом ста- канное, бетон фундамента — марки М200, арматура-^ горячекатаная сталь класса А-П. Нагрузки, переда- ваемые на фундамент, приведены в табл. 6.4. ТАБЛИЦА 6.4. К ПРИМЕРУ 6.4 Нормальная сила и момент При пос- тоянной нагрузке При кратковремен- ной нагрузке' снего- вой от мосто- вого крана Нормативные: N, кН 1727 200 683 М, кН-м Расчетные (для рас- чета оснований по деформациям с = 1). +100 +285 ±583 N, кН 1727 200 683 М, кН м Расчетные (для рас- чета конструкций на прочность С Vf по СНиП П-6-74): J +100 +285 zizbd'd N, кН 1900 280 820 М, кН-м +110 +400 ±700 Основанием фундаментов служит супясь, имеющая следующие характеристики:' плотность р=1,68 т/м3; угол внутреннего трения <р=24°, удельное сцепление с = 18 кПа, модуль деформации £=44,3 МПа. Решение. На первом этапе расчет выполняем как при центральном загружении. Определяем предвари- тельную площадь подошвы буробетонного фунда- мента А = А/(Р — у/г,) = 2610/(350 — 20«3) =8,69 м- и 4 и диаметр опорного уширения </ = /”4А/Л = 1^4-8,69/3,14 =3,3 м. Расчетное сопротивление грунта основания R-- = 602 кПа. Проверяем полученные размеры подошвы. Опре- деляем расчетную нагрузку на уровне подошвы фун- дамента, Для этого сначала находим предваритель- ный вес фундамента. Условно задаемся, что буро- бетонный фундамент имеет цилиндрическую форму (без опорного уширения) с условным диаметром по- дошвы, равным половине диаметра уширения. При- нимаем d=l,6 м, откуда условная площадь подошвы А =2,01 м2. Высоту фундамента принимаем с учетом пяты ft=3+l=4 м. Суммарная нагрузка, включая вес фундамента, N' = N + Ahvb= 2610 -j- 2,01 -4-24 = 2798 кН. Среднее давление р ==/V'/А = 2798/8,69 = 321 кПа < R = 602 кПа. Производим вторую подстановку. Определяем предварительную площадь подошвы 4 = N'/(R — vftz) = 2798/(602 -20-3) = 5 м2 и диаметр опорного уширения d = V4А/п = V4-5/3,14 = 2,62 м. Принимаем предварительно d=2,5 м, А =4,91 м2. Расчетное сопротивление основания Д = 596 кПа. ч Проверяем принятые размеры лодошвы, прими- мая прежнюю нагрузку на уровне подошвы. ушире- ния. Тогда среднее давление . р0 = N'/A ~ 2798/4,91 = 552 кПа < R = 586 кПа, - что удовлетворяет данному условию. Таким образом, диаметр опорного уширения принимаем 2,5 м. Далее определяем размеры фундамента (рис. 6.22) и фактический вес фундамента: ° = '%• Общий объем фундамента V находим как сумму объемов верхней цилиндрической части, сферической... части уширения, конической части уширения и ниж- ней цилиндрической части: V — -f- Уа 4- + Рр
6.3. Расчет, буробетонных-фундаментов где объем верхней цилиндрической части V = Л/"“ ft, = 3,14.0,652-2,3 = 3,05 м3; t t t объем сферической части уширен.чя V f3r2 + 3r2 4. ft2V6.= 3,14-0,7 (3-1,252 + S S \ t S J + 3-0,65* 4- 0,73)/6 = 2,36 ms; Рис. 6.22. Размеры буробетоннго фунда- мента объем конической части уширения V =nh (t^ + rr -f-r2V3 =3,14-0,2 (1,252 + С С \ 11) + 1,25-0,5 4-0,5а)/3 =0,51 м3; объем нижней цилиндрической части V = го-2 ft' = 3,14-0,52-1,3 = 1,02 м3, I 1 Тогда общий объем фундамента V =3,05 4-2,36 4-0,51 + 1,02 = 6,9 м3 и фактический вес G = 6,9-2,4 = 166 кН. Фактический вес фундамента отличается от ра- нее определенного ориентировочного веса незначи- тельно. Осадку фундамента находим как для условного фундамента на естественном основании методом по- слойного суммирования. Диаметр условного фунда- мента определяем из выражения d' = d 4- 2 (Лс + Л') tg <р/4 = 2,5 4- 4- 2 (0,2 4- 1.3 ) 0,0778 = 2,74 м. Задаемся толщиной z-ro слоя грунта ft.=0,4d'= =0,4-2.74“ 1,1 м. Коэффициент а для круглых в пла- не фундаментов при относительной глубине m—zlr' = =0,8; 1,6; 2,4; 3,2; 4 равен соответственно 0,756; 0,390; 0,214; 0,130; 0,087. Дополнительное (к природному) давление на грунт по подошве условного фундамента Pq=p'— —°zSo “460—16,8-4,5 = 383 кПа. Дополнительное на- пряжение в грунте на относительной глубине т=4 определяется по формуле о = ар'= 0,087-384 = 33,4 кПа. z и Природное напряжение в грунте на этой глубине = у (md'/2 4- ftj)= 16,8 (.4-2,74/2 4- 4,5) = 168 кПа Проверяем соблюдение глубины сжимаемой тол- щи-основания; 0,2o3g = 0,2.168 = 33,6 кПа ю pQ2 =33,4 кПа, Осадка фундамента s==_O±i_f_^ + 290 + 150 4- 44 300 \ 2 4. 82 4-50 4- —^=0,0155 m<s =0,15 м. 2 j « На втором этапе расчета проверяем заданные размеры буробетонного фундамента с учетом дейст- вующего момента. Из выражений (6.80)—(6.81) опре- деляем коэффициенты равномерного и неравномерно- го сжатия: с0 = (552 — 16,8 3)/0,0155 = 32 400 кН/м8; с’ = 2,68-32 400 = 86 800 кН/м3. Коэффициент достели, учитывающий возникнове- ние сил трения по подошве, принимается равным 0,7со=0,7-32 400=22 700 кН/м3. Место приложения этих сил определяем из выражения (6.83) ftT = (4,91-3 4 0,79-4,5)/(4,91 4- 0,79) = 3,24 ы. Момент инерции подошвы фундамента относи- тельно центральной оси / = 3,14-2,54/64 = 1,92 м4. Полученные данные подставляем в уравнения (6.86)—(6.88): д = -2J-8Ig°. (1,3-2,35/2 4. 1.4,56/24. 1.35/2) 4. 5^4,5 4- 3,24-4,91-22 700 = 980 000 кН; в = .АУУ9. (1,3.2,33/24.1.4,53/24- ИЗ3/2)4. 3/4,5 4- 4,91-22 700 = 354 000 кН/м; D = . (1,3-2,37/2 4 1-4,57/2 + j ,37/2) + 7 /4,5 4- 3,242-4,91-22 700 4- 86 800-1,92 = 3 330 000 кН-м. Полученные значения подставляем в выражение (6.85): I = 875-354 000/(354 000-3 330 000 — 980 0002) = = 1,42-10—3.......... Положение оси вращения фундамента будет: z0 = 980 000/354 000 = 2,77 м. Краевые давления по подошве фундамента опре- деляем по формуле (6.84): ртах 2798/4,91 4- 86 800-1,42-10“3-2,5/2 = 706 кПа, что составляет примерно 1,2Д= 1,2-586 =703 кПа; ртщ = 2798/4,91 — 86 800-1,42-10“§-2,5/2 = = 397 кПа, что >0. Прочность опорного уширения проверяем соглас- но методике, изложенной в п. 6.3.2. Для расчета вы- бираем основное сочетание расчетных нагрузок (по- стоянная+снеговая+от мостового крана): 19004-2804- 4-820 = 3000 кН (см. табл. 6.4). Ширину рассматриваемого сечения определяем до формуле (6.91) &=-АН. 0,65 = 1,02 М. 2 Площадь наиболее нагруженной части подошвы уширения, от которой определяем момент в рассмат- риваемом сечении, находим из выражения (6.93); -- А = -АН (1,252 - 0,652) = 0,9 м2. М 4 Расстояние от боковой грани цилиндрической ча- сти фундамента до центра тяжести эпюры давления под подошвой уширения в пределах площади А^ от действия только вертикальной силы и среднее дав- ление в пределах указанной площади, вычисляем со- ответственно по формулам (6.95) и (6.96): = 0,6 (1,253 — 0,653)/(1,252 — 0,652) —0,65 = что удовлетворяет данному условию. as 0,23 м;
126 Глава 6.' Прдектирование конструкций фундаментов р = 3000/4,91 = 611 кПа; от действия только внешнего момента — по форму- лам (6.97) и (6.98): z/„ = 0,75 (1,254 —- 0,654)/(1,253 — 0,653) —0,65 = М — 0,36 м; р =, JLH. . 706 ~ 397.. (1,25s — 0,65’) = 121 кПа, М 6-0,9 2-1,25 Эти же параметры, но от совместного действия вертикальной силы и момента [формула (6.94)] будут: Р„. ,,==6114- 121 = 732 кПа; /v-|-Zh , ,/= (611-0,23 4- 121-0,36J/732 =0,25 м. 1V4-M Момент в рассматриваемом сечении от действия реактивного давления на площади определяется по формуле (6.92): М = 732-0,9-0,25 = 166 кН-м. Высоту опорного уширения находим из выраже- ния (6.90): 650-1,02 что практически не отличается от фактической высо- ты уширения, равной 0,7+0,2=0,9 м. Таким образом, определенные размеры буробе- тонного фундамента удовлетворяют заданным усло- виям. 6А РАСЧЕТ 'ФУНДАМЕНТОВ С АНКЕРАМИ В НЕСКАЛЬНЫХ ГРУНТАХ 6.4.1. Общие положения Фундаменты с анкерами в нескальных грунтах применяются при действии значитель- ных моментных нагрузок (крановых, ветровых и т. п.) в том случае, если эксцентриситет при- ложения нагрузки, вычисленный на уровне по- дошвы фундамента, превышает 0,2 размера подошвы в плоскости действия моментной на- грузки. Необходимость применения таких фундаментов в каждом конкретном случае обо- сновывается технико-экономическим сравнени- ем с другими фундаментами: на естественном основании, свайными и др, В качестве анкеров используются сваи трения, жестко связанные с телом фундамен- та. Воспринимая выдергивающие, а при зна- копеременных моментных нагрузках и вдавли- вающие усилия, они трансформируют эпюру контактных напряжений, распределяя их бо- лее равномерно в плоскости действия момент- ной нагрузки, чем идентичные фундаменты без анкеров; кроме того, они уменьшают крен и отрыв подошвы. Применение таких фундамен- тов целесообразно в твердых, полутвердых, ту- гопластичных связных грунтах и в плотных, средней плотности несвязных грунтах с моду- лем деформации, превышающим 10 МПа. Размеры подошвы фундаментов с анкера- ми определяются по сочетанию нагрузок, в ко- тором действует максимальное вертикальное усилие. Параметры анкеров назначаются ис- ходя из расчета по сочетанию усилий, в.кото- ром действует максимальный момент или ми- нимальная вертикальная сила. Анкеры следует располагать симметрично в плоскости действия моментной нагрузки на расстоянии от наруж- ной грани фундамента, равном размеру попе- речного сечения анкера d, в один или два ря- да у каждой грани. Расстояние между отдель- ными анкерами в ряду должно быть не менее (4—5) d. Глубина заложения подошвы фун- дамента с анкерами принимается такая же, как и для обычного фундамента мелкого за- ложения на естественном основании. Тем са- мым удается избежать повышения массы фун- дамента за счет увеличения глубины его за- ложения при значительных моментных нагрузках. В соответствии с принятой моделью осно- вания для характеристики его жесткости при повороте фундамента в расчет вводится коэф- фициент неравномерного сжатия с, имеющий размерность Н/м3 и вычисляемый по формуле с — (6.99) Рис. 6.23. К определению коэффициента аг Расчетные сочетания нагрузок на фунда? мент рассматриваются те же, что и в п. 6 3.1, Для характеристики работы анкеров й фундаментах используются параметры подат-
6.4. Расчет фундаментов с анкерами в нескальных грунтах 127 ливости: на выдергивание с* и на вдавлива- ние с р. Эти параметры определяются из зави- симости перемещений от нагрузок при выдер- гивании и вдавливании анкеров, принимаемой линейной по рис. 6.25. При действии на фун- Рис. 6.25. К определению параметров податливости сжатых и выдергиваемых анкеров 1 — фактическая зависимость; 2 — зависимость, ис- пользуемая в расчете дамент сочетания нагрузок с максимальным вертикальным усилием на каждый анкер пе- редается максимальная нагрузка, равная FP В процессе работы фундамента происходит уменьшение вертикальной нагрузки до мини- мальной величины N', принимаемой из второго или третьего сочетаний (N' — минимальное из значений Na и Nmin), и соответственно раз- грузка анкеров до значения 7V₽. При этом со- блюдается следующее соотношение: = <в-100) Где £ — коэффициент, который можно принимать рав- ным единице в диапазоне изменения N'-=(0,4^-l)NmaX, В пределах изменения вертикальной на- грузки от N' до Nmax параметр податливости на вдавливание определяется по формуле (6.101) где al — предельное допускаемое перемещение сжа- того анкера; F Р — несущая способность сжатого ан- кера. Параметр податливости анкеров на дей- ствие выдергивающих нагрузок вычисляется по формуле 4 = <6-102) где б — предельное дергиваемых анкеров; допускаемое перемещение вы- F & — несущая способность вы- дергиваемого анкера. Несущую способность анкеров рекоменду- ется определять по графикам статических стандартных испытаний выдергивающими и вдавливающими нагрузками. При отсутствии графиков F? и F са определяются расчетом по СНиП П-17-77, а 6 Ра1 и 6^ назначаются рав- ными соответственно 0,2 предельной допусти- мой осадки для данного сооружения и 0,5 см. Рис. 6.26. Расчетная схема фундамента а—общий вид; б — схема внешних и реактивных усилий; в — схема перемещений подошвы При действии на фундамент знакопере- менных моментных нагрузок несущую способ- ность сжимаемых и выдергиваемых анкеров следует определять с учетом коэффициента цикличности k, который показывает степень уменьшения несущей способности и принимает- ся равным 0,8. Расчетная схема фундамента с анкерами представлена на рис. 6.26. Анкеры в расчете учитываются как жесткие стержни, восприни- мающие сжимающие и выдергивающие усилия за счет сил трения по боковой поверхности и лобового сопротивления при вдавливании. Для проектирования фундамента с анке- рами необходимо определить характеристики грунта основания: плотность, консистенцию, угол внутреннего трения, удельное сцепление, модуль деформации. 6.4.2 Метод расчета По сочетанию нагрузок с максимальным вертикальным. усилием определяются общепри- нятыми способами размеры подошвы фунда- мента. Далее по сочетаниям нагрузок с мак- симальным моментом и с минимальной верти- кальной силой определяется эксцентриситет e = M0/A\). (6.103) При е/а>0,2 целесообразно применять фун- даменты с анкерами, причем для сочетаний
128 Глава 6. Проектирование 'конструкций фундаментов усилйй с максимальным моментом и минималь- ной вертикальной силой должно выполняться требование е/а<0,3. (6.104) При проектировании фундаментов с анке- рами н еобходимо различать два случая: 1) вертикальная сила NQ направлена вниз; 2) вертикальная сила NQ направлена вверх. Вертикальная сила NQ направлена вниз. Сначала принимается тип анкеров и их число п, затем определяются параметры податливо- сти анкеров на действие выдергивающих и вдавливающих нагрузок. При этом рекоменду- ется, чтобы момент, воспринимаемый анкерами и определяемый относительно середины по- дошвы фундамента по формуле Ма = 1ип(а/2 — и)2[сра+с^ (6.Ю5) (здесь iu — допустимая величина крена), со- ставлял не менее 40 % внешней моментной на- грузки Мо. После этого определяется крен фундамента: . _ N0—N0t/(2a) n (/ - и) - 4 (с' - «)] [1 - //(2а)]+ ’ - - + ct2b/2 (6.106) ,= А40 — Л70 [(д — П/2]________ . 1,33mc {t/2^ + п [ — u)2 cfa + - + (^_ц)3с₽] (6.107) где т — а]Ь. Расстояние от нулевой точки до нагру- женной грани фундамента t — a—с'. Эти вычисления целесообразно произво- дить в табличной форме способом последо- вательных приближений. Суммарные усилия в выдергиваемых и сжатых анкерах Nfa и IV Д а также максимальное краевое давление р вы- числяются по следующим формулам: Na = 4 П1 (С' ~ и)’> Na = cani N^Nt NP р =---------------+ at. ab (6.108) (6.109) (6.110) Делением суммарных усилий на число ан- керов п, расположенных с одной стороны фун- дамента, определяются выдергивающая и сжи- мающая нагрузки из расчета на один анкер. Перемещения анкеров рассчитываются по выражениям 4 = i(c'-u)-, (6.111) 8p—i(t—u). (6.112) Для данного размера фундамента опре- деляется расчетное сопротивление основания R. . Полученные выше значения сравниваются с допустимыми. При этом должны выполнять- ся следующие условия: (6.113) При невыполнении одного из приведенных условий следует увеличить число анкеров или их размеры и повторить расчет. Рис. 6.27. Расчетная схема фундамента при нахож- дении точки поворота в пределах его подошвы (я) и за пределами (б) Осадки фундамента рассчитываются по сочетанию нагрузок с максимальной верти- кальной силой теми же методами, что и для обычного фундамента на естественном осно- вании, без учета уменьшения нагрузки на по- дошву фундамента за счет включения в рабо- ту анкеров при их вдавливании. Вертикальная сила No направлена вверх. Расчет следует производить исходя из двух расчетных схем (рис. 6.27): а) точка 0, относительно которой происхо- дит поворот, подошвы фундаментов, находит- ся в пределах его контура; б) точка 0 выходит за пределы контура фундамента. Для установления расчетной схемы в каж- дом конкретном случае следует решать урав- нение й2 — 2(2«+ lQ)af-i-2u9^ 0; (6.114) где я у—фиктивный размер подошвы, в плоскости действия моментной нагрузки. Если а/>с,' точка 0 находится в преде- лах контура фундамента- (расчетная схема
6.4. Расчет фундаментов с анкерами в нескалъных грунтах 129 «а»); при а/<а точка 0 выходит за пределы контура фундамента (расчетная схема «б»). По расчетной схеме «а» проектирование про- изводится в той же последовательности, что и для случая действия вертикальной силы, на- правленной вниз. При этом крен фундамента i определяется из формул: ./Уо + ЛУ/(2д). п Iеа U ~ Сд—(с'—и)|[1—/,/(2а)] + -J- ct2b/2 (6.115) М(( -г Л^о [(а — /)/2] i =----------------::-------------:, 1,33mc (i/2)4 4- п — и)2 с*а -|- 4-4-«)2с£] (6.116) При проектировании по расчетной схеме «б» (см. рис. 6.27) в соответствии с общими положениями определяются размеры подошвы а и Ь, вес фундамента G, параметры а0 и и. При двухрядном расположении анкеров и = (и, 4-м2)/2, (6.117) где и\ и — расстояния от края фундамента до оси каждого ряда анкеров. Располагая величиной допустимого пере- мещения анкера при выдергивании SqZ, сле- дует принять на первом этапе расчета пере- мещение анкера из условия 62<г0,5 3 (где 62 — перемещение наименее нагруженных ан- керов) и далее по формулам определить i и п: '~ 2МУ(аОсая) '' (6.118) '1=Л'<Ж(262 + °о‘)] ' <6J19> При этом должно выполняться условие (6.120) где I—допустимый крен. Если это условие не соблюдается, то сле- дует изменить размер подошвы а, но так, что- бы разместить расчетное число анкеров по ширине подошвы фундамента Ь. Перемещения наиболее нагруженных ан- керов определяются по формуле 31 ----- 32 -j- i'(а^—и). (6.121) Далее вычисляются усилия в наиболее на- груженных анкерах = с*ап8г (6.122) и сравниваются с допускаемым усилием Ni/fl<Fa- (6.123) При проектировании фундамента с анке- рами необходимо предусматривать верхнее и нижнее армирование его плитной части из рас- чета на действие момента, определяемого по формуле /^(с'-д). (6.124) Расчетная схема для армирования плиты фундамента сверху представлена на рис. 6.28. Рис. 6.28. К опреде- лению сечении верх- ней арматуры Пример 6.5. Рассчитать фундамент с анкерами. Исходные данные для расчета приведены в табл. 6.5. ТАБЛИЦА 6.5. К ПРИМЕРУ 6.5 Номер сочета- ния Усилия М, кН•м N, кН Q, кН I 305 1310 2 936 576 37,2 3 1012 711 39,8 Данные инженерно-геологических изысканий—ни- же подошвы фундамента залегают полутвердые су- глинки, имеющие характеристики: плотность грунта 1.94 т/м3; с = 0,014 МПа; ф--=19а; Д=12 МПа. Измене- ние показателя текучести по глубине представлено на рис. 6.29. Выше подошвы залегают супеси, плот- ность их равна 1,7 т/м3. Рис. 6.29, Изменение показателя текучести Решение. Определяем размеры подошвы по пер- вому сочетанию усилий. Глубину заложения фунда- мента принимаем г/=2.15 м; а = 3 м; />=2,1 м; .4 = =6,3 м-’; №=3,15 м3. Тогда: R = 0,283 МПа; р = yd + N/A ± M„/W == 20-2,15 + 4- 1,31/6,2 ± 305/3,15 = 42 + 211 ± 97; р0 = 0,253 МПа < Д = 0,283 МПа; р = 0,360 МПа » 1,2Д = 0,34 МПа; Итах Pmin = 0,154 МПа > 0. Производим проверку по второму сочетанию уси- лий. Определяем расстояние от точки приложения равнодействующей до края фундамента: а Л1 Qhj Со -------------------- = 2 А 4- а Q—216
130 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов 936 + 37,2-2 л = 1,5-----------!--------- == 0,4b и; 576 + 3-2.1-2-20 Зс0/а = 3-0,46/3 = 0,46, т. е. имеет место отрыв подошвы, недопустимый со- гласно действующим нормам. Увеличивая размеры подошвы фундамента, доби- ваемся исключения отрыва. Принимаем а=4,8 м; Ь = ==3,6 м; 4 = 17,3 м2; 157=13,8 м3. Тогда: = 2,4 — —= 9,4 — 0,8 = 1,6 м; 576 + 690 Зс0/а = 3-1,6/4,8 = 1, следовательно, отрыв подошвы отсутствует. Опреде- ляем р И ро- р = 20-2 + 576/17,3 ± 1010/13,8 = 33 + 43 ± 73; р0 = 0,076 МПа < R = 0,3 МПа. При проверке по третьему сочетанию усилий нахо- дим: Зс0/а = 3-1,62/4,8= 1,01, значит отрыва подошвы нет. Находим: р = 20-2,15 + 711/17,3 ± = 41 + 43 ± 79; 13,8 Ро = 0,084 МПа < R = 0,3 МПа. Для фундамента, размеры которого определены по первому сочетанию усилий, относительный экс- центриситет при втором сочетании е0 = Л1/[(М + G) а] = 1010/828-3 = 0,41. Принимаем окончательно размеры подошвы таки- ми, чтобы ео=О,За, откуда а=Мз/(О,ЗМо) = 1010/(0,ЗХ Х828)=4 м. Ширину фундамента принимаем Ь=2 м, а пло- щадь подошвы А = 8 м2, т. е. она значительно меньше площади подошвы фундамента без анкеров (в 17,3/8=2,16 раза). Определяем параметры податливости анкеров ис- пользуя положения гл. 8. В качестве анкеров прини- маем сваи забивные С5-30 (см. рис. 6.29), заделан- ные в тело фундамента на 400 мм. Исходные данные для расчета анкера: m=l; тп=1; т = 1; и=1,2 м; Я-3.8 МПа. ' 1 При гг = 3,56 м.......... Л = 0,051 МПа » г.-, = 5,32 м ........... f„ = 0,565 МПв » г3 = 6,67м ........... Д = 0,051 МПа Сопротивление по боковой поверхности состав- ляет: lt = 1,2 (0,051-2 + 0,0565-1,35 + 0,051-1,25) = = 0,29 МН, а общее сопротивление F = 1 (1-3,8-0,09 + 0,29) = 0,53 МН. Расчетная нагрузка на анкер определяется по формуле рУ = £// =0,53/1,4 = 0,38 МН. Несущая способность анкера, работающего на выдергивание, составляет (при /zi=0,8): F* = 0,8-1-0,29 = 0,23 МН. а При этом расчетная нагрузка на анкер F^ = 0,23/1,4 = 0,165 МН. С учетом коэффициента цикличности й=0,8 Fp = 0,38-0,8 = 0,304 МН; Ft =0,13 МН. а а Определяем Np при о^;=0,2-20=4 см по формуле (6.100): NP = (576 + 320) 0,304/(1310 + 320) = 0,167 МН, Далее по формулам (6.101) и (6.102): cP == (0,304 —• 0,167)/0,04 = 3,43 МН/м; Фа = 0,13/0,005 = 26 МН/м. При /г=2 ориентировочный момент, воспринимае- мый анкерами, М ~ i п (а/2 — и)2 f cP + сП = а и \ й- а) = 0,004-2 (2 — 0,3)3 (3,43 + 26) = 0,68 МН-м > > 0,4/Ио = 0,4-1,01 = 0,404 МН-м. Для определения i и t принимаем второе сочета- ние нагрузок как наиболее невыгодное: /Ио--=1010 кН-м; /7=576 кН; G=320 кН: а=4 м; 6=2 м; « = =0,3 м; £=12 МПа; t =0,004; Мо=896 кН. Для ш=а/&=2 сх1=2,1; а2=0,52 1/м; с=2,1-0,52Х X12= 13,2 МПа/м. Крен определяем по формуле (6.106), используя данные табл. 6.6. Теперь определяем крен по формуле (6.107) — данные берем из табл. 6.7. Используя данные табл. 6.6. и 6.7, строим зави- симости 1 от i (рис. 6.30), по которым определяем расчетные значения этих величин: /=-3,25 м; с'=а— —1 = 4—3,25 = 0,75 м; 1 = 4,3-10~3 • ТАБЛИЦА 6.6. К ПРИМЕРУ 6.5 № попыт- ки t, м с', м 1—и, м сг—и, м г ь м3 2 1 2а 7V()=““-AZ -== 2а _£ ь с, МПа МО3 1 3 1 2,7 0,7 9 0,375 680 1,5 2,2 0,59 15,6 5,9 2 3,2 0,8 2,9 0,5 10,2 0,4 666 1,6 2,15 0,58 14,9 4,64 3,4 0,6 3,1 0,3 11,6 0,425 651 1,7 2,13 0,575 14,7 3,65 ТАБЛИЦА 6.7. К ПРИМЕРУ 6.5 № попытки 1 М4 \ 2 J Ъ т = — t 1, ЗЗтх / 1 \ 4 X с' — \ 2 J (с1—//)3 (1—и)2 a—t MD-M0 2 МО3 1 5,08 0,667 71,5 0,49 7,3 0,5 562 3,87 2 6,56 0,625 81,4 0,25 8,4 0,4 652 4,29 3 8,35 0,589 96,2 0,09 9,6 0,3 742 4,45
6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны 131 Рис. 6.30. Графическое определение i и i Рис. 6.31. Фундамент с анкерами Проверяем выполнение граничных условий: Qi = I (с' — и) = 4,3-lQ—3-0,45 — 1,9-10—3 м < = a al = 5-10“3 м; (A = i (t — и) = 4,3-10— 3-2,95 = 12,7-10—3 м < < 6Р = 40-10—3 м; al М = ct n =26-1,9-10—3- 2 = a a a = 0,099 MH < n = 0,26 MH; a NP = cP 6P n =3,43-12,7-10— 3-2 = a a a 0,087 MH < F? n = 0,608 MH; a N — NP 4- Nt a a ! -j n — -----------------— 4- ctt = 'max —1 r = JbgZg-^Z + 0X99 +14|8.4i3.10-3 ,3i25== 4-2 = 0,281 МПа <1,22? = 0,34 МПа. Определяем момент для подбора арматуры в верхней части плиты фундамента М=М (с' — «) = 0,099-0,45 = 0,045 МН-м. а Подбор арматуры далее производится таким же образом, как и для обычного фундамента. Запроек- тированный фундамент показан на рнс. 6.31. 6.5. РАСЧЕТ ПЛИТНЫХ И ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ под колонны 6.5.1. Общие положения Расчет ленточных и плитных фундаментов, работающих на изгиб, проводится с учетом совместной работы конструкции и грунтового основания согласно теории конструкций на уп- ругом основании. В этом случае предположе- ние о линейном распределении реактивных дав- лений уже не может рассматриваться как до- статочно точное, так как изгиб конструкции изменяет распределение этих давлений и, сле- довательно, отражается и на усилиях в балках и плитах. Линейное распределение давлений используется лишь для предварительного опре- деления сечений конструкций. 6.5.2. Предварительное назначение размеров сечений Предварительное назначение размеров се- чений рассмотрим на примере ленточного фун- дамента под колонны, исходя из схемы ли- нейного распределения реактивных давлений. Изгибающие моменты в каждом сечении лен- ты определяются по формуле М = Mi — + S/Wj, (6.125) где Л41 — момент в данном сечении от площади эпю- ры реактивных давлений, расположенной левее дан- ного сечения; SP . 1^— сумма моментов для данного сечения от нагрузок, передаваемых колоннами, рас- положенными левее сечения (здесь Р . — нагрузка от колонны Ц /. —расстояние от колонны до сечения); SAI •— сумма внешних моментов, передаваемых ко- лоннами, расположенными левее данного сечения. За положительное направление моментов принимается направление по часовой стрелке. Таким образом, изгибающие моменты оп- ределяются простейшим способом по схеме статически определяемой балки. Не рекомен- дуется пользоваться расчетом статически не- определимой неразрезной балки, нагруженной трапецеидальной эпюрой давлений, при кото- ром опорные реакции оказываются отличными от расчетных нагрузок, передаваемых на балку колоннами; кроме того, такой расчет сложнее. Использование схемы неразрезной балки оп- равдано лишь в случае, если жесткость верх- него строения очень велика и не позволяет смещаться опорным точкам колонн нелинейно относительно друг друга. В этом случае учи- тывается перераспределение внешней нагрузки по колоннам исходя из учета жесткости верх- него строения.
132 Глава 6. П роектирование конструкций фундаментов 6.5,3. Расчет'фундаментных балок и плит как конструкций на упругом основании Для учета влияния изгиба на распреде- ление реактивных давлений используется од- но из двух предположений. 1. Основание работает согласно* гипотезе коэффициента постели (Винклера). Эта гипо- теза предполагает, что осадка какой-либо точ- ки (элемента) поверхности основания s про- порциональна давлению р, приложенному в той же точке, т. е. что p = kss. Коэффициент /г.,, Па/м, называется коэффициентом постели. Осадка данной точки (элемента) зависит толь- ко от давления, приложенного в этой точке, и не зависит от давлений, действующих по со- седству (рис. 6.32, а). 2. Основание работает как среда, к кото- рой применимы формулы теории упругости, Рис. 6.32. Перемеще- ние поверхности ос- нования под нагруз- кой а — по гипотезе Вин- клера; б — по гипо- тезе упругого полу- пространства связывающие напряжения и осадки. Грунт принимается за однородное упругое тело, бес- конечно простирающееся вниз и в стороны и ограниченное сверху плоскостью (упругое полупространство), а соответствующее пред- положение называется гипотезой упругого по- лупространства. Поверхность упругого полу- пространства деформируется не только непо- средственно под нагрузкой, но и по соседству с ней (рис. 6.32, б). Деформационные свойст- ва грунта характеризуются в основном моду- лем деформации Ео, МПа. Согласно гипотезе коэффициента постели, грунт лишен распределительной способности, т. е. деформации соседних с нагрузкой элемен- тов поверхности грунта отсутствуют. Коэффи- циент постели для данного типа основания предполагается величиной, не зависящей от площади фундамента (в действительности — зависит). В гипотезе упругого полупространства рас- пределительная способность преувеличена. Мо- дуль деформации является характеристикой, представляющей одновременно как упругие, так и остаточные деформации. При многократ- ном приложении нагрузки остаточные дефор- мации исчезают, модуль общей деформации Еа переходит в модуль упругости Е, , значи- тельно больший, чем Ео. При ширине фунда- мента примерно от 70 см до 7 м значение мо- дуля деформации меняется незначительно. При превышении ширины 7 м модуль дефор- мации заметно возрастает. 6.5.4. Связь между расчетными значениями модуля деформации и коэффициента постели Между расчетными значениями модуля деформации Ео и коэффициентом постели, ис- ходя из приравнивания осадок, вычисленных по той и другой гипотезе, устанавливается связь Е„ = ~-----— (6.126) (1-МИ Г-4 Значение Ло определяется по рис. 6.33 в зависимости от отношения сторон прямоуголь- ного фундамента а, его опорной площади А и коэффициента Пуассона грунта v0, принима- емого для песков лд —0,3, для суглинков и су- песей Vo—0,35, для глин vo = O,4. Осадки жесткого прямоугольного фунда- мента на однородном основании определяются по формуле 1 — V5 р s= — ------ k0~— , (6.127) ]/А где Р—суммарная центрированная нагрузка на фун- дамент. Осадки жесткой плиты лишь немного меньше (на 7 %) средних осадок гибкой пли- ты при равномерной нагрузке. Расчеты по обеим гипотезам, даже при использовании формулы (6.126), дают, как правило, различные результаты в отношении изгибающих моментов в конструкции и ее из-
6.5. Расчет платных и ленточных фундаментов под колонны гиба. Только для узких балок при а»Ю можно подобрать отличное от определяемого формулой (6.127) значение коэффициента по- стели, при котором результаты расчета будут близки. Однако при равномерной нагрузке или при нагрузке, приближающейся к ней, полу- чить близкие результаты расчета при любом соотношении между Ео и k невозможно. Фор- мула соотношения между £0 и ks для узких балок шириной В имеет вид: k 2=— --------------------. (6.128) 2 (1 — Vq j В In (4а) Гибкие фундаменты в настояшее время рассчитываются преимущественно по гипотезе упругого полупространства. Этот расчет при фундаментах большой опорной площади, в де- сятки или сотни квадратных метров, дает, од- нако, преувеличенное значение осадки, изгиба и изгибающих моментов, так как гипотеза игнорирует уплотнение грунта с глубиной, вы- званное действием его собственного веса. Кро- ме того, при больших опорных площадях грунт под фундаментом сжимается в основном без возможности бокового расширения, что не учи- тывается при опытном определении модуля де- формации штампом. Чтобы приблизить расчетные условия к действительным, при больших опорных площа- дях используют схему, согласно которой осно- вание представляет собой сжимаемый слой, подстилаемый несжимаемым основанием. Удоб- но также использовать схему однородного по- лупространства с повышенным модулем де- формации так, чтобы расчет по этой схеме давал значение, равное ожидаемой осадке. 6.5.5, Определение расчетных значений модуля деформации Ео Модуль деформации Ео, МПа, определя- ется на основе полевых испытаний штампом площадью 5000 см2. При отсутствии данных, полученных опытным путем, допускается уста- навливать его значение по таблицам гл. 1. Использование данных компрессионных испы- таний не рекомендуется, так как это приво- дит к заниженным значениям Ео. Исключение составляют слабые грунты с модулем дефор- мации £q<7 МПа, для которых следует ис- пользовать компрессионные данные. Для неоднородного многослойного осно- вания следует пользоваться осредненным зна- чением модуля До, До = где толщина i-го определяемым и Ог- (6.129) 2(^аг/Дг-) ’ слоя грунта, см; Е . — модуль деформации данного слоя, МПа; —среднее значе- ние нормальных напряжений, МПа. для данного слоя на вертикальной осп иод центром подошвы конструк- ции, принимается, что опорная площадь равномерно загружена И собственный вес не учитывается. 6.5.6. Методы расчета конструкций Метод расчета фундаментов зависит от формы подошвы и относительной гибкости фундамента. Если конструкция имеет удлинен- ную прямоугольную опорную площадь, причем Рис. 6.34. Схема выделения полосы из конструкции для расчета в условиях плоской задачи любая полоса шириной 1 м, выделенная в по- перечном направлении из конструкции, рабо- тает в одинаковых условиях со всякой другой подобной полосой, т. е. имеет одинаковую же- сткость и одинаковое распределение внешней нагрузки (рис. 6.34), то расчет этой полосы проводится в условиях плоской задачи. При этом длина опорной площади должна быть по крайней мере в 3 раза больше ширины. В ус- ловиях плоской задачи рассчитываются глав- ным образом фундаменты гидротехнических сооружений. Круглые и кольцевые фундаментные пли- ты рассчитываются на основе решения осе- симметричной задачи. К ним относятся фунда- менты доменных печей, фундаменты типа ко- нусных оболочек и т. п. Ленточные фундаменты под колонны рас- считываются как балки в условиях простран- ственной задачи. Фундаменты из перекрестных лент в силу сложности их конструкции рас- считываются по гипотезе Винклера [1]. Плос- кие прямоугольные фундаменты под отдельные колонны рассчитываются как прямоугольные плиты в условиях пространственной задачи. При значительной их жесткости допустимо проводить расчет обычным способом, г исходя из гипотезы о равномерном распределении ре- активных давлений. Сплошные фундаментные плиты под ряды колонн или под стены (в том числе каркасных зданий), под полы промыш- ленных зданий и т. п. рассчитываются с по- мощью ЭВМ как плиты большой протяженно- сти.
134 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов Методы расчета конструкций на упругом основании (кроме плит большой протяженно- сти) разделяются на две группы: методы, в которых на основе условий рав- новесия и условия полного примыкания по- дошвы балки или плиты к грунту составля- ются одна или две системы линейных уравне- ний с несколькими неизвестными; решение этих систем позволяет определить эпюру реак- тивных давлений, а затем уже и эпюры изги- бающих моментов, поперечных сил и прогибов (осадок); методы, основанные на использовании го- товых таблиц всех этих расчетных величин; такие таблицы составлены для большинства типов конструкций при различной их относи- тельной гибкости, характере и размещении на- грузок и значительно сокращают время и труд расчетчика. И в том, и в другом случае трением меж- ду подошвой фундамента и основанием приня- то пренебрегать (в запас прочности). Основными методами, требующими реше- ния систем уравнений, являются следующие. 1. Метод Б. И. Жемочкина [2]. Этот метод применим для расчета как балок в условиях пространственной задачи, так и полос в усло- виях плоской задачи. Здесь вся опорная пло- щадь фундамента разбивается на ряд уча- стков, причем в пределах каждого участка ре- акции грунта для упрощения считаются равномерно распределенными (рис. 6.35). Рис. 6.35. к расчету балки или полосы по методу Б. Н. Жемочкина Между балкой (полосой) и основанием в середине каждого участка помещается абсо- лютно жесткий стержень (на рис. 6.35 для яс- ности число стержней сокращено). Горизон- тальный стержень поставлен для того, чтобы сделать систему неизменяемой: он никакой ро- ли в расчете не играет. Постановкой верти- кальных стержней-связей ставится условие, что вертикальные перемещения балки и осно- вания в местах этих стержней одинаковы. Неизвестными в расчете являются силы F-i в стержнях, осадка Si и угол поворота tg аг в каком-либо сечении балки, принимае- мом за начальное. Эти неизвестные определя- ются исходя из условия равенства прогибов балки и осадки грунта, в точках, где постав- лены стержни. 1\ полученным контактным урав- нениям прибавляются два уравнения, вытека- ющие из условия равновесия. Аналогичный метод тем же автором пред- ложен для расчета круглых и кольцевых плит [2]. Метод Б. Н. Жемочкина особенно удобен при переменном сечении балки или сложной форме подошвы. Он обобщается на случай, когда основание представляет собой сжимае- мый слой конечной толщины [4]. Метод не- применим для расчета прямоугольных плит в строгой постановке, когда в каждой точке пли- ты определяются два момента, изгибающих плиту соответственно в продольном и попереч- ном направлениях. Его нельзя также исполь- зовать для расчета длинных ленточных фунда- ментов под ряд колонн. 2. Метод М. И. Горбунова-Посадова. Этот метод охватывает все основные типы конст- рукций на упругом основании [1]. Эпюра ре- активных давлений здесь определяется в виде многочлена 10-й степени. При симметрично нагруженной полосе многочлен для плоской за- дачи имеет вид: р (х) ~ а0 а^х" а$х- -J- авха aaxs -j- йуох10, (6.30 где х—х'Ц — приведенное расстояние от середины по- лосы до данной точки (где х' — действительное рас- стояние; I—полудлина полосы). При несимметричной нагрузке к много- члену (6.130) добавляется многочлен с нечет- ными степенями х 9-й степени. Расчет при сим- метричной нагрузке приводит к решению систе- мы из шести уравнений относительно неизве- стных a2i, а в общем случае — двух систем с шестью и пятью неизвестными. Эти системы получаются путем приравнивания перемеще- ний поверхности грунта w (х) от давлений р (х) прогибам полосы от тех же давлений. Давления р(х) для полосы являются реактив- ными давлениями, направленными снизу вверх. И перемещения поверхности, и прогибы выра- жаются так же через степенные ряды, коэф- фициенты которых линейно зависят от коэффициентов a2i и a2i+i. Приравнивание коэффициентов при одинаковых степенях в уравнении перемещений и прогибов и дает нужные системы уравнений. При пространст- венной задаче метод аналогичен, но в решении участвуют уже двойные степенные ряды. 6.5.7. Расчет конструкций на упругом основании по таблицам Полностью расчет балок и плит на упру- гом основании по гипотезе упругого полупро- странства или сжимаемого слоя по таблицам готовых расчетных величин приведен в книге [1]. Здесь даны только основные сведения по
6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны. 135 классификации балок и плит для выбора нуж- ных таблиц, а также таблицы для наиболее важных случаев расчета. Расчет балок (полос) в условиях плоской задачи. В таблицах даны реактивные давле- ния, поперечные силы и изгибающие моменты для полос, принимаемых за абсолютно жесткие, для полос конечной длины и жесткости, беско- нечных и полубесконечных. Предусмотрены случаи равномерной нагрузки и нагрузки в ви- де сосредоточенной силы или момента, прило- женных в любом сечении. Полоса считается абсолютно жесткой, ес- ли показатель ее гибкости t (величина безраз- мерная) удовлетворяет неравенству _ пЕ^'13 10 Е° /3 < ! 1-vJ 4Е1 Eh? (6.131) где Eg и v0 — модуль деформации и коэффициент Пу- ассона грунта; Е и v — модуль упругости и коэффи- циент Пуассона материала полосы; /—момент инер- ции сечения полосы; I — полудлина полосы; h—высо- та; Ь' — ширина, равная 1 м. Второе приближенное значение для t в формуле (6.131) относится к полосам прямо- угольного сечения. Табл. 6.8 служит для рас- чета жестких полос для наиболее важного случая нагрузки сосредоточенной силой, при- ложенной в любом сечении полосы. Таблица имеет два входа: по а, приве- денным к полудлине полосы I — абсциссы то- чек приложения нагрузки, и по приведенным к I — абсциссы сечений, для которых устанав- ливается расчетная величина. Начало отсчета— середина полосы, при этом принимается, что для сечений, расположенных правее середи- ны полосы, значения положительны, а ле- вее — отрицательны. Величины а и £ округ- ляются до первого знака после запятой. В таблице приведены ординаты безраз- мерных величин р, Q, М, которые позволяют определять истинные значения реактивных дав- лений р, поперечных сил Q и изгибающих мо- ментов М с помощью равенств: Р =Р (кПа); Q = ± QP (кН); /И = /Й/Р(кН-м) (6.132) (подразумевается, что сила Р дана в кН, а полудлина — в м). В таблицах для Q звездочкой отмечены значения слева от силы Р. Справа значения Q будут Q — Q*—1. Если сила приложена в ле- вой половине полосы в таблице для Q, все значения меняют знак на обратный. Полосы' считаются имеющими конечную длину и жесткость в случае, если их показа- тель гибкости удовлетворяет неравенству 1 10 (6.133) (подробные таблицы для этого случая приве- дены в книге [1]). Наконец, длинные полосы, когда />10, при расчете приближенно принимаются либо за бесконечно длинные, либо за полубесконеч- ные. Полоса считается бесконечной, когда сила Р приложена на расстоянии ai от лево- го конца полосы и на расстоянии а? от пра- вого конца, удовлетворяющих неравенствам: ai = ai/L > 2; ar = ar/L>2, (6.134) где L — упругая характеристика балки, м: УЕ0(1-Я F 6Е0 (6.135) В случае если неравенство (6.134) спра- ведливо лишь для или только для ат, поло- са называется полубесконечной. В табл. 6.9 приведены значения безразмерных величин р, Q, для бесконечной полосы, а в табл. 6.10—для полубесконечной. Правила пользо- вания этими таблицами те же, что и табл. 6.8, с той лишь разницей, что в формулах (6.132) величина I должна быть заменена ве- личиной L. Если полоса загружена рядом сосредо- точенных сил, то определяются эпюры от каждой силы в отдельности, а затем они сум- мируются. В книге [1] приведены также таблицы для случая нагрузки изгибающим момен- том т. Расчет балок в условиях пространственной задачи. В этом случае метод расчета также за- висит от показателя гибкости балки л,Еоа3Ь 2(l-v’) El (6.136) где а и b — полудлина и полуширина балки. Балка принимается за жесткую, если показатель гибкости /<0,5. Балка принима- ется за длинную, если &=a/L; &/£ = &7(2L); b'=2b, (6.137) где L определяется равенством (G.135), и удовлетворяются условия: при 0,01 < 3 < 0,15 » 0,15 « 0 « 0,3 » 0,3 < [3 0,5 % > 1 К > 2 X > 3,5 Остальные балки рассчитываются как короткие, т. е. имеющие конечную длину и жесткость. Жесткие балки рассчитываются при за- мене действительной нагрузки на балку экви-
ТАБЛИЦА 6.8. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ЭПЮРЫ ДЛЯ ЖЕСТКОЙ ПОЛОСЫ ШИРИНОЙ Ь' = 1 м, НАГРУЖЕННОЙ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛОЙ Р, кН а — 1.6 I —0,9 -0,8 | —0,7 -0,6 —0,5 j —0,4 [ —0,3 —0,2 1 —о,1 0,0 ( 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1 0,7 | 0,8 1 0,9 1,0 а Р 0,0 ОС 0,73 0,53 0,46 0,40 0,37 0,35 0,33 0,32 0,32 0,32 0,32 0,32 0,33 0,35 С,37 0,40 0,45 0,53 0,73 ос- 0,0 0,1 ОС 0,60 0,45 0,38 0,35 0,33 0,32 0,31 0,31 0,32 0,32 0,33 0,34 0,35 0,37 0,40 0,45 0,51 0,61 0,86 сю —0,1 0,2 со 0,47 0,36 0,32 0,30 0,29 0,29 0,29 0,30 0,31 0,32 0,33 0,35 0,37 0,40 0,44 0,49 0,57 0,70 0,99 ОС —0,2 0,3 СЭС 0,34 0,28 0,26 0,25 0,26 0,26 0,27 0,29 0,30 0,32 0,34 0,35 0,39 0,43 0,48 0,54 0,63 0,78 1,12 ОС —0,3 0,4 ОС 0,20 0,19 0,20 0,21 0,22 0,24 0,25 0,27 0,29 0,32 0,35 0,33 0,41 0,46 0,51 0,59 0,69 0,87 1,26 ОС —0,4 0,5 0 0,07 0,11 0,13 0,16 0,18 0,21 0,23 0,26 0,29 0,32 0,35 0,29 0,43 0,49 0,55 0,64 0,76 0,95 1,39 ОС —0,5 0,6 ОС —0,06 0,02 0,07 0,11 0,15 0,18 0,21 0,25 0,28 0,32 0,36 0 40 0,45 0,51 0,59 0,68 0,8'2 1,04 1,52 сю —0,6 0,7 — ос —0,19 —0,06 —0,01 0,06 0,11 0,15 0,19 0,23 0,27 0,32 0,36 -,42 0,47 0,54 0,62 0,73 0,88 1,12 1,65 ОС -0,7 0,8 —ОС —0,32 —0,15 -0,05 0,02 0,07 0,12 0,17 0,22 0,27 0,32 0,37 0,43 0,49 0,57 0,66 0,78 0,94 1,21 1,78 ОС -0,8 0,9 ОС —0,45 —0,23 —0,12 —0,03 0,04 0,10 0,16 0,21 0,26 0,32 0,33 0,44 0,51 0,60 0,70 0,83 1,01 1,20 1,91 ОС -0,9 1,0 •—ОС —0,58 —0,32 —0,18 —0,08 0 0,07 0,13 0,19 0,26 0,32 0,38 0,45 0,53 0,63 0,73 0,87 1,07 1,38 2,04 ОС —1,0 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов
латных а ленточных фундаментов под колонны X) I— 6 ‘ 0“ 8'0— 2'0— 9'0— 9'0— fr‘G— о 0 6 ‘ Q— Го— 0 Го 6'0 8'0 Г0 9'0 9'0 2'0 8'0 6'0 I Cl a 0'1— 0 ЕГО— 91 ‘0— 81'0— 06'0— 06'0— 06'0— 06'0— 06'0— 6Г0— wo— 21 ‘0— 9Г0— si'o— n'O— 60'0— 90'0— WO— 60'0— 10'0— 0 O'I 6'0— 0 80'0 80'0— 90'0— 60'0— п'о— 81'0— 9 ГО— Wo— wo— его— Gl'O— П'о— 01'0— ’80'0— 20'0— 90'0- 80'0— eo'o— 10*0— 0 6'0 8'0— 0 60'0 20'0 ЕО'О 60'0- то‘о— 90'0— 20'0— 80'0— 80'0— 80'0— 80'0— 20'0— 20'0— 90'0— 80'0— wo— 60'0— 10‘o— 10‘o- 0 8'0 2'0— 0 60'0 90'0 90'0 ЕГО 80'0 90'0 ЕО'О 00'0 10‘0— 60'0— 80'0— WO— wo— 80'0— e'o— 60'0— 50'0— 10'o— 00'0 0 2'0 9'0— 0 ЕО'О 90'0 П'О 91'0 его 60'0 20'0 90'0 80'0 50'0 10’0 00'0 10‘o— 10'0— 10‘o— 10‘o— 10‘o— 00'0 00'0 0 9'0 s'o— 0 ЕО'О ЕО'О 90'0 W0 его 15'0 21'0 WO П'О 60'0 20'0 90'0 wo 80'0 60'0 10‘0 00'0 00'0 00'0 0 9'0 t'o— 0 ЕО'О 90'0 60'0 его бГо WO 16'0 21'0 M '0 51'0 60'0 20'0 90*0 WO 80'0 50*0 10'0 10'0 00'0 0 ro £‘0— 0 10'0 wo 80'0 ЕГО 2Г0 66'0 85'0 WO 06'0 21'0 WO П'О 60'0 20'0 90'0 80'0 60'0 10'0 00'0 0 s'o б'о— 0 10'0 Wo 20'0 П'О его 61'0 W0 08'0 96'0 ее‘о 8Г0 91'0 61'0 60'0 20'0 90'0 80'0 60'0 10'0 0 6'0 го— 0 10'0 80'0 90'0 60'0 его 21'0 15'0 96'0 18'0 25'0 86'0 61'0 91'0 61'0 60'0 90'0 WO 60'0 WO 0 i'O 0'0 0 Т0‘ о СО ‘ ( 90'0 80'0 П'О t-го 81'0 66'0 26'0 68'0 IV 26'0 66'0 WO WO H'O 80'0 90'0 80'0 10'0 0 0'0 0'1— 4.1 89'0 П'О бб'О 06'0 15'0 90'0 ю'о— 90'0— ого— wo— 91'0— 61'0— 06'0— 16'0— 66'0— 15'0— 06'0— 81'0— 81'0— 0 0'1 6' о— 0 *19'0 его W0 96'0 21'0 П'О 90'0 00'0 WO— 20'0— 01'0— 81 *0— wo— 91'0— 91'0— 91'0— 91'6— H'O— n'o- 0 6*0 8'0— 0 28'0— ,.сГо 88'0 08'0 86'0 91'0 П'О 90'0 60'0— io‘o— WO— 90'0— 80'0— ot'o— H'O— n'o— n'o— 01'0— 80'0— 0 8'0 2*0— 0 W0— 2fO~ 0 98'0 86'0 EE ‘0 21'0 его 60'0 90'0 60'0 00'0 50‘0— 90'0— 90'0— 90'0— 90'0— 90'0— 90'0— 0 2‘0 9'0— 0 18'0— его— 89'0— ИГО W0 86'0 86'0 бГо SI ‘0 61’0 60'0 90'0 WO 60'0 00'0 10‘o— 50'0— 60'0— 60'0 0 9’0 9'0— 0 8Е‘О- 1Г‘о'— 8Г0~ 99'0— *58'0 fre'o 66'0 96'0 16'0 81'0 91'0 51'0 01'0 80'0 20'0 WO 80'0 10'0 00'0 0 9*0 Г(|— о 9Е‘О— 98'0— 8Г0— 09'0— 99'0— *ого 98'0 is'o 86'0 WO 16*0 61’0 91'0 H’O П'О 60'0 20'0 90'0 80'0 0 Г0 8'0— 0 86'0— 68’0— 68'0— 9Г0~ 09'0— wo— *бГ0 88'0 Wo ie‘o 86'0 95'0 66'0 61'0 21'0 H’O 61'0 60'0 90'0 0 8'0 s'o— 0 ОЕ'О— 8Е‘0— W0— 01?‘о— и? ‘ о— 6Г0— 69'0— *Wo ОГО 28'0 WO 18'0 86'0 95'0 66'0 61'0 91'0 его 60'0 0 6'0 го- () 2 ГО— W0— 08'0— £8'0— 68'0— 88'0— 9Г0— 09'0— ,W0 Wo OTO 28'0 18‘0 WO 86'0 Wo 16'0 21'0 El ‘0 0 го 0'0 t’l'O— ОЕ'О— 96‘О— 66 ‘ о— 88'0— 28'0— wo— Wo— 2Г0— *09'0 2Г0 WO WO 28'0 88'0 66'0 96‘0 06'0 H'O 0 0'0 &
138 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов ТАБЛИЦА 6.9. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ЭПЮРЫ ДЛЯ БЕСКОНЕЧНО ДЛИННОЙ ПОЛОСЫ ШИРИНОЙ &'=1 м, нагруженной сосредоточенной СИЛОН Р, кН Усилия 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 .1,2 1,4 1,6 1,8 2 р 0,38 0,37 0,34 0,30 0,26 0,23 0,19 0,16 0,13 0,11 0,08 Q —0,50 —0,42 —0,35 —0,29 —0,23 —0,18 —0,14 —0,11 —0,08 —0,06 —0,04 М 0,38 0,29 0,21 0,15 0,10 0,06 0,02 0,00 —0,02 —0,03 —0,04 Продолжение табл. 6.9 Усилия £ 2,2 2,4 2,6 2,8 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 Р 0,07 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 Q —0,02 —0,01 0,00 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 М —0,05 -0,05 —0,05 —0,05 —0,05 —0,05 —0,04 —0,04 —0,04 —0,03 валентной в виде суммарной вертикальной нагрузки Ро и момента т0, приложенных в се- редине балки. Расчетные величины при нагрузке Ро оп- ределяются по табл. 6.11, а при нагрузке т0 — по табл. 6.12. В таблицах два входа: по a — afb (отношение длины балки к ширине) и по приведенному к полудлине балки расстоя- нию от середины балки до рассчитываемого сечения х = х'/а (где х'—действительное рас- стояние) . Переходные формулы от безразмерных величин реактивных давлений ро, поперечных сил Qo, изгибающих моментов 7И0, осадок (прогибов) Уо и углов наклона tg ср0 к дейст- вительным величинам при воздействии силы Ро следующие: Ро Р = Ро ~~г,— 5 Q = + О.Ро\ b а М = МоРоа; v v , n Y = У о-----------; tg ф = 0. (6.138) При воздействии момента: р — ± Pi то/Ь'ац Q = М = + М^По', 2—'•« . ОЛт0/а; т.о 1 — — * 1 р Л ., > Ео а2 J filo tg ср -= ± tg (pi Eq tr 10. Верхний знак относится к правой полови- не балки, нижний — к левой. Чтобы учесть влияние действительного расположения внешней нагрузки, следует ис- пользовать простые статические соотношения, которые мы опускаем. Для коротких балок таблицы приведены в книге [1], Они предусматривают нагрузку как силами, так и моментами. Длинные балки в условиях пространст- венной задачи рассчитываются в основном так же, как и в условиях плоской задачи. Од- нако здесь расчетные эпюры существенно за- висят от приведенной полуширины балки |3 = =-b/L. В книге [1] приведены таблицы для пяти значений (0,025; 0,075; 0,15; 0,3; 0,5); при р>0,5 балку можно рассчитывать как полосу в условиях плоской задачи. Здесь мы приводим табл. 6.13 только для трех значений р (0,025; 0,15; 0,5). При иных значениях Р следует использовать таблицу для ближайше- го предусмотренного его значения. Кроме то- го, при пространственной задаче критерий расчета по схеме полубесконечной балки аг>2 или аг>2 относится только к балкам с приведенной шириной р>0,2, при меньшей приведенной ширине этот критерий заменяет- ся условием аг>1 или аг>1. Если не вы- полняются оба неравенства, балка рассчиты- вается как бесконечная. Для бесконечной балки значения безразмерных расчетных ве- личин приведены в последних столбцах таб- лицы с пометкой а = оо. Началом отсчета при- веденных абсцисс рассчитываемых сечений для полубесконечных полос принят левый ко- нец балки при нагрузке вблизи левого конца
ТАБЛИЦА 6.10. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ЭПЮРЫ ДЛЯ ПОЛУБЕСКОНЕЧНЫХ ПОЛОС ШИРИНОЙ &'=1 м, НАГРУЖЕННЫХ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛОЙ Р, кН Расчетные эпюры от сосредоточенной силы при А=3 м: a,= ff;/3=0,8«2,0); а =аг/Ь=2,8; р = р-200 кПа; Q^Q-600 кН; Л1 = 34-1800 кН-м 0 1 0,2 j 0,4 0,6 1 0,8 1,0 1 М | 1,4 | 1,6 1,8 | 2,0 | 2.2 | 2Л | 2,6 j 2,8 | 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 0 1,27 0,76 0,50 0,34 0,23 0,15 0,09 0,05 0,02 э —0,01 —0,0'2 —0,03 —0,04 —0,04 —0,04 —0,04 —0,04 —0,03 —0,03 —0,03 0,2 1,12 0,71 0,51 0,37 0,27 0,20 0,14 0,09 0,06 ' 0,04 0,02 0,00 —0,01 —0,01 —0.02 —0,02 —0,02 —0,02 —0,02 —0,02 0,4 0,96 0,66 0,51 0,40 0,31 0,24 0,19 0,14 0,11 0,08 0,06 0,04 0,02 0,01 0,00 0,00 0,00 •—0,01 —0,01 —0,01 0,6 •— 0,80 0,59 0,50 0,42 0,35 0,29 0,24 0,19 0,16 0,12 0,09 0,07 0,05 0,04 0,02 0,02 0,02 0,00 0,00 0,00 0,8 — 0,66 0,51 0,46 0,43 0,38 0,34 0,29 0,24 0,20 0,17 0,13 0,11 0,08 0,С6 0,05 0,04 0,02 0,02 0,01 0,00 1,0 — 0,53 0,43 0,41 0,41 0,40 U, J ! 0,33 0,29 0,25 0,21 0.18 0,14 0,12 0,09 0,07 0.06 0,04 0,03 0,02 0,01 1,2 0,42 0,36 0, об 0,37 0,38 0,39 0,37 0,33 0,29 0,26 0,22 0,18 0,15 0,12 0,10 0,08 0,06 0,05 0,03 0,02 1,4 0, -J2 0,29 0,30 0,33 0,35 0,38 0,39 0,37 0,34 0,30 0,26 0,22 0,19 0,16 0,13 0,10 0,08 0,06 0,05 0,04 1,6 — 0,24 0,24 0,26 0,23 0,32 0,3t> 0,38 0,39 0,37 0,34 0,30 0,26 0,23 0,19 0,16 0,13 0,10 0,08 0,06 0,05 1,8 —' 0,17 0,18 0,21 0,24 0,28 0,31 0,35 0,38 0,39 0,37 6,34 0,30 0,27 0,23 0,19 0,16 0,13 0,11 0,08 0,07 2,0 0,12 и, 1^ 0,17 0,20 0,24 0,23 0,31 0,35 0,38 0,39 0,37 0,34 0,30 0,27 0,23 0,19 0,16 0,13 0,11 0,03 0,0 0 —0,44 —0,25 —0,12 —0,04 —9,02 0,05 0,08 0,09 0,10 Q 0,10 0,09 0,09 0,08 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04 0,03 0,2 0 0,47* —0,35 —0,23 —0,14 —0,08 —0,03 0,00 0,02 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0,05 0,05 0,05 0,04 ' 0,04 0,03 0,03 0,4 0,0 0 0,40 0,551 —0,33 —0,24 —0,17 —0,11 —0,07 —0,04 —0,01 0,00 0,01 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 и 0,32 0,45 0,56" —0,35 —0,27 —0,21 —0,15 —0,11 —0,08 —0,05 —0,03 —0,01 0,00 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,о 1,0 и 0,25 0,36 0,46 0,55-’- —0,37 —0,30 —0,24 —0,18 —0,14 —0,10 —0,07 —0,05 —0,03 —0,01 0,00 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 и 0,20 0,29 0,37 0,45 0,53* —0,39 —0,32 —0,26 —0,20 —0,16 —0,12 —0,09 —0,06 —0,04 —0,02 —0,01 0,00 0,01 0,01 0,02 1, £ и 0,15 0,22 0,29 0,37 0,44 0,52* —0,49 —0,33 —0,27 —0, 22 —0,17 —0,13 —0,10 —0,07 —0,05 —0,03 —0,02 0,00 0,00 0 01 1,4 1,5 1,8 2,0 0 0,11 0,17 0,23 0,29 0,36 0,43 0,51* —0,42 —0,34 —0,28 —0,23 —0,18 —0,14 —0,10 —0,07 —0,05 —0,03 —о; 02 —0,01 о’оо и 0,07 0,12 0,17 0,22 0,28 0,35 0,42 0,50* —0,42 —0,35 —0,26 —0,21 —0,17 —0,13 —0,10 —0,07 —0,05 —0,03 —0,02 —0 01 0 0,0о 0,08 0,12 0,17 0,22 0,28 0,34 0,42 0,50* —0,43 —0,36 , 0 99 —0,23 —0,18 —0,14 —0,11 —0,08 —0,06 —0,04 —0,02 и 0,0з 0,0S 0,08 0,12 0,17 0,22 0,28 0,34 0,41 0,49* —0,43 —0,36 —0,29 —0,24 —0,19 —0,14 —0,11 —0,08 —0,06 —0,04 М 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 0 0 0 0 —0,12 0,06 0,05 0,04 0,03 0,03 0,02 0,01 0,01 0,01 0,00 —0,19 —0,02 0,15 0,12 0 Q1) —о’б'з 0,07 0,22 —0,24 ! —0,12 , 0,01 0,14 —0,24 —0,14 —0,03 0,08 —0,24 —0,15 —0,06 0,03 —0,22 —0,15 —0,08 0,00 -0,21 —0,15 —0,09 —0,03 —0,19 —0,15 —0,10 —0,05 —0,17 —0,14 —0,10 —0,06 —0,15 —0,12 —0,11 —0,07 —0,13 —0,11 —0,11 —0,07 —0,12 —0,10 —9,10 —0,07 —0,10 —0,09 —0,09 —0,07 —0,09 —0,08 —0,08 -4), 07 —0,07 —0,07 —0,07 —0,06 -0,06 —0,06 —0,06 —0,06 —0,05 —0,05 —0,05 —0,06 —А), 04 —0,05 —0,05 —0,05 —0,04 —0,04 —0,04 —0,05 —0 05 и о,Ю 0,17 0,27 0,20 0,13 0,08 0,04 0,00 0,02 —0,04 —0,05 —0,06 —0,06 —0,06 —0,06 —0,06 —0,06 —0^05 и 0,07 0,14 0,22 0,32 0,24 0,16 0,11 0,06 0,03 0,00 —0,02 —0,04 —0,05 —0,05 —0,06 —0,06 —0,06 —0,05 —0'05 1,4 1,5 1,8 2,0 и 0 0 0 0 и, Uo 0,04 0,03 0,01 0,01 0,11 0,08 0,06 0,04 0,02 0,17 0,13 0.10 0,07 0,04 0,25 0,20 0,15 0,10 0,07 0,3а 0,31 0,21 0,16 0,11 0,26 0,37 0,29 0.22 0,16 0,19 0,28 0,38 0,30 0,22 0,13 0,20 0,29 0,39 0,30 0,08 0,14 0,21 0,29 0,39 0,04 0.09 0,15 0,22 0,30 0,01 0,05 0,10 0,15 0,22 —0,01 0,02 0,05 0,10 0,15 —0,03 —0,01 0,02 0,06 0,10 —0,04 —0,02 0,00 0,02 0,06 —0,05 —0,04 -0,02 0,00 0,02 —0,05 —0,04 —0,03 —0,02 0,00 —0,05 —0,05 —0,04 —0,04 —0,02 —0,05 —0,05 —0,05 —0,04 —0,03 —0Д15 -0,05 —0,05 —0,05 —0 04 6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны СлЭ со
140 Глаза 6. Проектирование ' конструкций фундаментов ТАБЛИЦА 6.11. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ЭПЮРЫ ДЛЯ ЖЕСТКИХ БАЛОК НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ СОСРЕДОТОЧЕННОЙ СИЛЫ Рп, кН, ПРИЛОЖЕННОЙ К СЕРЕДИНЕ БАЛКИ а X 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 . 10 0,439 0,440 0,442 0,446 0,455 0,462 0,475 0,496 0,541 0,632 0,842 15 0,447 0,448 0,450 0,454 0,459 0,468 0,480 0,500 0,537 0,611 0,773 20 0,452 0,453 0,455 0,458 0,464 0,471 0,483 0,502 0,535 0,600 0,737 30 0,458 0,459 0,469 0,463 0,468 0,475 0,486 0,503 0,532 0,586 0,699 50 0,464 0,465 0,465 0,468 0,473 0,480 0,489 0,503 0,538 0,574 0,665 100 0,469 0,470 0,471 0,473 0,477 0,483 0 0,491 0,504 0,525 0,561 0,634 10 —0,500 —0,456 —0,412 —0,367 —0,322 —0,277 —0,230 —0,182 —0,130 —0,072 0 15 —0,500 —0,455 —0,411 —0,365 —0,320 —0,273 —0,225 —0,177 —0,125 —0,068 0 20 —0,500 —0,454 —0,410 —0,363 —0,317 -0,721 —0,223 —0,174 —0,122 —0,065 0 30 —0,500 —0,454 —0,408 —0,362 —0,315 —0,268 —0,220 —0,171 —0,119 —0,063 0 50 —0,500 —0,453 —0,407 —0,360 —0,313 —0,265 —0,217 —0,168 —0,116 —0,061 0 100 —0,500 —0,453 —0,406 —0,359 —0,311 л —0,263 —0,214 —0,165 —0,113 —0,058 0 10 0,2703 0,2225 0,1791 0,1401 0,1056 0,0756 0,0502 0,0295 0,0139 0,0037 0 15 0,2672 0.2194 0,1761 0,1,373 0,1031 0,0735 0,0486 0,0284 0,0132 0,0035 0 20 0,2654 0,2176 0,1744 0,1357 0,1017 0,0722 0,0475 0,0277 0,0128 0,0034 0 30 0,2634 0,2156 0,1725 0,1340 0,1002 0,0710 0,0465 0,0270 0,0125 0,0033 о 50 0,2615 0,2137 0,1707 0,1323 0,0986 0,0697 0,0455 0,0263 0,0120 (->,0031 0 100 0,2596 0,2120 05 0 0 9 0 Yo . . о 0,1690 0 9 9 0 9 0,13)07 о 10 1,081 0,0972 15 1,210 0,0685 20 1,302 0,0448 30 1,431 0,0256 50 1,595 0,0117 100 1,814 0,0030 0 ТАБЛ ИЦА 6.12. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ЭПЮРЫ ДЛЯ ЖЕСТКИХ БАЛОК НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ ПРИ ДЕЙСТВИИ СОСРЕДОТОЧЕННОГО МОМЕНТА rri.-, кН м, ПРИЛОЖЕННОГО в СЕРЕДИНЕ БАЛКИ ОС , 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0.8 0,9 1,0 10 0 0,114 0,229 0,347 Р 0,470 0,600 0,746 0,918 1,148 1,506 2,155 15 0 0,119 0,239 0,362 0,490 0,625 0,772 0,943 1,162 1,483 2,024 20 0 0,122 0,245 0,371 0,501 0,638 0,786 0,957 1,169 1,449 1,957 30 0 0,125 0,252 0,381 0,513 0,652 0,802 0,971 1,176 1,415 1,855 50 0 0,129 0,258 0,390 0,525 0,667 0,817 0,984 1,181 1,414 1,820 100 0 0,133 0,265 0,400 0,538 0,68’0 0,831 0,996 1,186 1,415 1,761 Q 1 10 —0,709 —0,704 —0,686 —0,658 —0,617 -0,563 —0,496 —0,413 —0,311 —0,180 0 15 -0,716 —0,710 —0,692 —0,662 —0,619 -0,564 —9,494 —0,408 —0,304 —0,173 0 20 —0,719 —0,713 —0,595 —0,664 —0,621 —0,564 —0,493 —0,406 —0,300 —0,169 0 30 —0,723 —0,717 —0,698 —0,667 —0,622 —0,564 —0,491 —0.403 —0,296 —0,165 0 50 —9.727 —9,721 —0,701 —0,669 —0,623 —0,564 —9,490 —0,400 —0,292 —0,162 0 100 —0,731 —0,724 —0,705 —0,671 —0,624 —0,564 —0,488 —-0,397 —0,288 —0,158 0 10 0,5 0,4293 0,3597 0,2924 0,2285 0,1694 0,1163 9,0707 0,0343 0,0095 0 15 0,5 0,4285 0,3584 0,2907 0,2265 0.1672 0,1142 0,0690 0,0332 0,0091 0 20 0,5 0,4283 0,3577 0,2897 0,2253 0,1660 0,1130 0,0679 0,0324 0,0088 0 30 0,5 0,4297 0,3570 0,2887 0,2241 6,1647 0,1119 0,0670 0,0319 0,008? 0 59 0,5 0,4276 0,3563 0,2876 0,2229 0,1635 0,1107 0,0669 0,0313 0,0083 0 100 0,5 0,4271 0,3556 0,2867 0,2217 0,1622 0,1095 0,0651 0,0306 0,0081 0 а , . > „ 10 15 20 30 50 100 - 2,088 2,466 3,737 3,122 3,606 4,311
6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны 141 ТАБЛИЦА 6.13. БЕЗРАЗМЕРНЫЕ ЭПЮРЫ ДЛЯ ДЛИННЫХ БАЛОК НА УПРУГОМ ОСНОВАНИИ а 0,0 0,1 0,2 | 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 | 0,8 | 0,9 1,0 При 13 = 0,025 р 0,0 3,227 2,747 2,259 1,828 1,402 1,101 0,867 0,723 0,570 0,434 0,273 0,761 0,1 2,626 2,296 1,963 1,644 1,335 1,057 0,825 0,643 0,482 0,340 0,219 0,733 0,2 2,105 1,895 1,683 1,465 1,248 1,034 0,829 0,643 0,480 0,345 0,226 0,668 0,3 1,658 1,538 1,421 1,291 1,159 1,106 0,846 0,680 0,537 0,395 0,284 0,60'2 0,4 1,282 1,229 1,182 1,121 1,059 0,967 0,857 0,727 0,588 0,480 0,371 0,552 0,5 0,963 0,959 0,962 0,958 0,947 0,911 0,851 0,765 0,669 0,569 0,471 0,509 0,6 0,698 0,730 0,768 0,802 0,831 0,839 0,826 0,775 0,723 0,649 0,573 0,456 0,7 0,481 0,538 0,603 0,660 0,715 0,755 0,772 0,772 0,750 0,711 0,659 0,388 0,8 0,306 0,376 0,454 0,528 0,601 0,665 0,714 0,745 0,757 0,751 0,724 0,310 0,9 0,165 0,246 0,328 0,413 0,494 0,575 0,645 0,703 0 742 0,759 0,756 0,233 1,0 0,057 0,141 0,230 0,314 0,401 0,484 0,563 0,634 0,693 0,737 0,762 0,164 1,2 —0,085 —0,003 0,079 0,160 0,243 0,325 0,409 0,494 0,576 0,650 0,712 0,065 1,4 —0,152 —0,083 —0,012 0,057 0,127 0,199 0,275 0,353 0,432 0,507 0,583 0,013 1,6 —0,170 -0,115 —0,062 —0,006 0,047 0,106 0,167 0,233 0,300 0,367 0,438 —0,009 1,8 —0,158 —0,121 —0,083 —0,040 —0,003 0,043 0,089 0,141 0,192 0,213 0,301 —0,016 2,0 —0,134 —0,109 —0,084 —0,056 —0,030 0,002 0,035 0,073 0,110 0,149 0,192 —0,016 2 2 —0,106 —0,091 —0,074 —0,058 —0,042 —0,023 —0,002 0,024 0,051 0,079 0,111 —0,014 2.’4 —0,076 —0,068 —0,059 —0,051 —0,043 —0,034 —0,019 —0,008 0,013 0,028 0,050 —0,012 2,6 —0,052 —0,050 —0,045 —0,012 —0,039 —0,035 —0,031 —0,017 —0,013 —0,009 —0,003 —0,009 2,8 —0,032 —0,033 —0,033 —0,033 —0,035 —0,035 —0,034 —0,032 —0,031 —0,031 —0,031 —0,007 3,0 —0,021 —0,020 —0,020 —0,024 —0,023 —0,034 —0,040 —0,044 —0,042 —0,039 —0,030 —0,005 0,0 0 0 0 0 0 м 0 0 0 0 (1 0 0,176 0,1 —0,085 0,013 0,011 0,007 0,007 0,006 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,130 0,2 —0,142 —0,050 0,041 0,033 0,028 0,022 0,018 0,015 0,011 0,007 0,005 0,091 0,3 —0,181 —0,094 —0,011 0,072 0,059 0,048 0,039 0,031 0,022 0,017 0,011 0,058 0,4 —0,202 —0,124 —0,050 0,026 0,104 0,085 0,068 0,054 0,041 0,030 0,020 0,032 0,5 —0,209 —0,142 —0,076 —0,007 0,059 0,131 0,105 0,085 0,065 0,046 0,031 0,011 0,6 —0,207 —0,150 —0,092 —0,035 0,022 0,085 0,152 0,122 0,092 0,070 0,048 —0,005 0,7 —0,198 —0,150 —0,102 —0,054 —0,004 0,050 0,107 0,168 0,131 0,100 0,(170 —0,016 0,8 —0,185 —0,144 —0,105 —0,067 —0,024 0,020 0,068 0,120 0,176 0,137 0,100 —0,023 0,9 —0,168 —0,135 —0,105 —0,072 —0,039 —0,002 0,039 0,081 0,130 0,179 0,137 —0,027 1,0 —0,150 —0,124 —0,100 —0,(174 —0,048 —0,018 0,015 0,050 0,189 0,135 0,181 —0,029 1,2 —0,113 —0,098 —0,085 —0,070 —0,056 —0,039 —0,018 0,004 0,030 0,059 0,092 —0,028 1,4 —0,080 —0,072 —0,067 —0,061 —0,054 —0,044 —0,033 —0,020 —0,007 0,011 0,031 —0,024 1,6 —0,050 —0,054 —0,048 —0,048 —0,046 —0,043 —0,039 —0,033 —0,028 —0,018 —0,007 —0,020 1,8 —0,028 —0,030 —0,033 —0,035 —0,035 —0,071 —0,037 —0,035 —0,034 —0,031 —0,026 —0,016 2,0 —0,013 —0,017 —0,020 —0,024 —0,026 —0,031 —0,031 —0,032 —0,035 —0,035 —0,035 —0,012 2,2 —0,004 —0,007 —0,011 —0,015 —0,018 —0,024 —0,024 —0,026 —0,030 —0,033 —0,035 —0,010 2,4 0,002 0,000 —0,006 —0,007 —0,011 —0,017 —0,017 —0,018 —0,024 —0,028 —0,031 —0,008 2,6 0,005 0,002 —0,002 —0,003 —0,005 —0,009 —0,009 —0,013 —0,017 —0,020 —0,024 —0,006 2,8 0,006 0,004 0,000 0,000 —0,002 —0,004 —G,006 —0,011 —(1,015 —0,015 —0,018 —0,005 3,0 0,006 0,004 0,002 0,001 0,000 —0,001 —0,0(12 —0,002 —0,005 —0,009 —0,013 —0,004 0,0 0* 0 0 0 0 С 0 0 0 0 0 0 -0.500* 0,1 —0,708 0.252* 0,220 0,174 0,137 0,106 0,083 0,066 0,050 0,038 0,026 —0,425 0,2 —0,472 —0,539 0,393* 0,330 0,266 0,211 0,166 0,128 0,091 0,071 0,047 —0,355 0,3 —0,284 —0,367 —0,452 0,467* 0,381 0,313 0,250 0,194 0,146 0,107 0,072 —0,292 0,4 —0,138 —0,229 —0,322 —0,413 0,497* 0,412 0,335 0,264 0,202 0,150 0,103 —0,234 0,5 —0,026 —0,120 —0,215 —0,309 —0,402 0,506* 0,420 0,340 0,266 0,202 0,144 —0,181 0,6 0,056 —0,036 —0,129 —0,221 —0,314 —0,407 0,504* 0,417 0,386 0,263 0,197 —Л,132 0,7 0,113 0,027 —0,061 —0,149 —0,237 —0,328 —0,416 0,495* 0,413 0,333 0,261 —0,090 0,8 0,153 0,073 —0,009 —0,089 —0,171 —0,256 —0,340 —0,427 0,488* 0,407 0,330 —0,055 0,9 0,176 0,103 0,030 —0,042 —0,116 —0,194 —0,272 —0,354 —0,438 0,482* 0,402 —0,028 1,0 0,187 0,122 0,058 -0,006 —0,072 —0,141 —0,212 —0,288 —0,365 —0,442 0,482* —0,008 1,2 0,183 0,135 0.088 0,040 —0,008 —0,060 —0,114 —0,174 —0,237 —0,303 —0,373 0,014 1,4 0,159 0,126 0,093 0.061 0,028 —0,009 —0,047 —0,090 —0,137 —0,188 —0,243 0,021 1,6 0,146 0,105 0,086 0,065 0,048 0,021 —0,004 —0,033 —0,064 —0,100 —0,141 0,021
142 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов Продолжение табл. 6.13 § 0,0 а 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 ео 1,8 0,092 0,091 0,070 0,060 0,049 0,036 0,022 0,004 —-О, 016 —0,040 —0,067 0,018 2,0 0,062 0,058 0,053 0,050 0,046 0,040 0,034 0,025 0,019 —0,001 —0,018 0,014 2,2 0,039 0,038 0,038 0,039 0,039 0,038 0,038 0,035 0,029 0,022 0,013 0,011 2,4 0,020 0,022 0,024 0,027 0,030 0,032 0,034 0,036 0,035 0,032 0,028 0,009 2,6 0,008 0,011 0,014 0,018 0,022 0,025 0,029 0,032 0,033 0,033 0,032 0,007 2,8 —0,001 0,002 0,006 0,010 0,014 0,018 0,022 0,027 0,029 0,029 0,029 0,005 3,0 —0,005 —0,003 0,000 0,005 0,008 0,012 0,016 0,020 0,022 0,022 0,022 0,004 У 0,0 6,92 6,00 5,12 4,28 3,52 2,84 2,20 1,72 1,24 0,88 0,60 2,14 0,1 6,00 5,32 4,64 3,96 3,32 2,75 2,28 1,80 1,40 1,08 0,80 2,11 0,2 5,12 4,64 4,16 3,68 3,20 2,88 2,34 1,92 1,56 1,24 1,00 2,02 0,3 4,28 3,96 3,68 3,44 3,08 2,72 2,40 2,08 1,76 1,48 1,20 1,90 0,4 3,52 3,32 3,20 3,08 2,88 2,64 2,43 2,16 1,88 1,64 1,40 1,76 0,5 2,84 2,76 2,88 2,72 2,64 2,56 2,44 2,24 2,04 1,80 1,60 1,60 0,6 2,20 2,28 2,34 2,40 2,43 2,44 2,36 2,24 2,12 1,96 1,78 1,44 0,7 1,72 1,80 1,92 2,08 2,16 2,24 2,24 2,24 2,16 2,04 1,92 1,28 0,8 1,24 1,40 1,56 1,76 1,83 2,04 2,12 2,16 2,20 2,12 2,04 1,13 0,9 0,88 1,08 1,24 1,48 1,64 1,80 1,96 2,04 2,12 2,16 2,12 0,99 1,0 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,76 1,92 2,04 2,12 2,16 0,85 1,2 0,16 0,36 0,56 0,80 1,00 1,20 1,40 1,56 1,76 1,52 2,04 0,62 1,4 —0,08 0,08 0,28 0,48 0,68 0,88 1,04 1,24 1,40 1,60 1,76 0,43 1,6 —0,16 —0,04 0,12 0,24 0,44 0,60 0,76 0,92 1,08 1,24 1,40 0,28 1,8 —0,20 —0,12 0,00 0,16 0,28 0,40 0,52 0,64 0,80 0,96 1,08 0,16 2,0 —0,20 —0,12 —0,04 0,08 0,16 0,28 0,36 0,44 0,56 0,64 0,80 0,07 2,2 —0,12 —0,12 —0,04 0,04 0,12 0,16 0,24 0,32 0,40 0,48 0,56 0,00 2,4 —0,08 —0,08 —0,03 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,28 0,32 0,36 —0,06 2,6 —0,04 —0,04 0,00 0,04 0,04 0,08 0,12 0,16 0,16 0,20 0,24 —0,11 2,8 0,00 0,00 0,04 0,04 0,04 0,08 0,08 0,12 0,12 0,12 0,15 —0,15 3,0 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,08 0,08 0,08 0,08 —0,18 При [3=0,15 D 0,0 2,732 2,435 2,128 1,841 1,552 1,315 1,107 0,946 0,794 0,640 0,507 0,555 0,1 2,200 1,981 1,773 1,562 1,351 1,159 0,975 0,827 0,687 0,557 0,446 0,548 0,2 1,781 1,635 1,488 1,339 1,190 1,043 0,898 0,763 0,639 0,5’23 0,425 0,529 0,3 1,444 1,349 1,258 1,154 1,055 0,949 0,838 0,727 0,619 0,520 0,432 0,503 0,4 1,173 1,115 1,057 0,998 0,938 0,868 0,790 0,706 0,619 0,535 0,456 0,476 0,5 0,948 0,918 0,890 0,861 0,831 0,793 0,745 0,637 0,624 0,557 0,490 0,452 0,6 0,761 0,753 0,746 0,741 0,733 0,720 0,698 0,666 0,624 0,575 0,522 0,426 0,7 0,604 0,613 0,623 0,634 0,644 0,619 0,617 0,636 0,615 0,586 0,550 0,393 0,8 0,471 0,493 0,515 0,538 0,561 0,581 0,594 0,603 0,597 0,590 0,570 0,352 0,9 0,357 0,389 0,419 0,453 0,484 0,516 0,543 0,565 0,578 0,582 0,576 0,302 1,0 0,264 0,302 0,339 0,380 0,416 0,451 0,480 0,620 0,545 0,564 0,573 0,252 1,2 0,118 0,163 0,208 0,252 0,297 0,341 0,385 0,428 0,469 0,508 0,539 0,155 1,4 0,019 0,065 0,111 0,157 0,203 0,249 0,299 0,340 0,385 0,433 0,471 0,081 1,6 —0,046 —0,003 0,041 0,085 0,129 0,173 0,217 0,261 0,305 0,330 0,394 0,035 1,8 —0,083 —0,045 —0,007 0,034 0,072 0,112 0,153 0,194 0,234 0,278 0,316 0,009 2,0 —0,102 —0,069 —0,037 —0,002 0,031 0,065 0,101 0,137 0,173 0,210 0,246 —0,003 9.2 —0,109 —0,081 —0,054 —0,026 0,002 0,030 0,059 0,090 0,121 0,153 0,186 —0,009 2,4 -0,105 —0,083 —0,061 —0,039 —0,016 0,005 0,028 0,051 0,077 0,105 0,132 —0,011 2,6 —0,097 —0,083 —0,064 —0,047 —0,030 —0,013 0,004 0,024 0,042 0,062 0,080 —0,011 2,8 —0,087 —0,081 —0,063 —0,050 —0,039 —0,027 —0,014 —0,001 0,012 0,024 0,036 —0,010 3,0 —0,076 —0,075 —0,061 —0,053 —0,016 —0,040 М —0,032 —0,025 —0,017 -0,007 0,003 —0,008 0,0 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,230 0,1 —0,087 0,012 0,009 0,009 0,008 0,005 0,005 0,004 0,003 0,003 0,003 0,183 0,2 —0,152 —0,056 0,037 0,033 0,029 0,024 0,020 0,017 0,014 0,012 0,010 0,141 0,3 —0,200 —0,110 —0,021 0,070 0,061 0,052 0,044 0,037 0,031 0,026 0,020 0,105 0,4 —0,232 —0,148 —0,065 0,020 0,105 0,090 0,077 0,066 0,055 0,046 0,036 0,072 0,5 —0,253 —0,176 —0,099 —0,021 0,058 0,137 0,116 0,100 0,085 0,070 0,056 0,046 0,6 —0,265 —0,194 —0,124 —0,053 0,019 0,091 0,165 0,139 0,120 0,100 0,081 0,024 0,7 —0,269 —0,205 —0,142 —0,077 —0,012 0,053 0,120 0,191 0,163 0,137 0,110 0,006 0,8 —0,267 —0,210 —0,153 —0,096 —0,037 0,021 0,081 0,145 0,210 0,178 0,147 —0,006 0,9 —0,259 —0,209 —0,158 —0,108 —0,057 —0,005 0,049 0,106 0,164 0,225 0,190 —0,18 1,0 —0,249 —0,205 —0,161 —0,116 —0,071 —0,026 0,022 0,074 0,124 0,179 0,236 —0,025 1,2 —0,221 —0,188 —0,156 —0,122 —0,088 —0,054 —0,019 0,020 0,060 0,103 0,147 —0,033 1,4 —0,188 —0,165 —0,142 —0,118 —0,093 —0,069 —0,044 -0,015 0,014 0,047 0,080 —0,035 1,6 —0,154 —0,139 —0,124 —0,107 —0,091 —0,074 —0,056 —0,036 —0,015 0,007 0,031 —0,033 1,8 —0,122 —0,133 —0,103 —0,093 —0,083 —0,072 —0,061 —0,047 —0,034 —0,018 —0,002 —0,030 2,0 —0,093 —0,088 —0,083 —0,077 —0,072 —0,066 —0,059 —0,051 —0,043 —0,033 —0,022 —0,026 2,2 —0,068 —0,066 —0,065 —0,062 —0,059 —0,057 —0,053 —0,049 —0,044 —0,039 —0,032 —0,022 2,4 —0,047 —0,048 —0,048 —0,047 —0,047 —0,046 —0,045 —0,042 —0,038 —0,035 —0,035 —0,018 2,5 —0,031 —0,033 —0,034 —0,034 —0,035 —0,036 —0,035 —0,031 —0,034 —0,033 —0,032 —0,015 2,8 —0,013 —0,021 —0,023 —0,023 —0,024 —0,025 —0,026 —0,026 —0,026 —0,026 —0,025 —0,013 3,0 —0,010 —0,011 —0,014 —0,014 —0,015 —0,016 —0,017 —0,017 —0,017 —0,019 —0,019 —0,010
6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны 143 Продолжение табл. 6.13 а 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 1 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 j со Q 0,0 0,000* 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 -0,500 0,1 —0,755 0,219* 0,196 0,163 0,144 0,124 0,104 0,089 0,074 0,062 0,046 —0,445 0,2 —0,556 —0,600 0,358* 0,313 0,271 0,234 0,198 0,168 0,140 0,116 0,090 —0,391 0,3 —0,395 —0,464 —0,505 0,439* 0,384 0,334 0,285 0,242 0,203 0,167 0,133 —0,339 0,4 —0,265 —0,328 —0,390 —0,454 0,483* 0,424 0,366 0,313 0,264 0,219 0,177 —0,290 0,5 —0,159 —0,226 —0,293 —0,360 0/28 0,507* 0,443 0,382 0,443 0,273 0,224 —0,244 0,6 —0,075 —0,143 —0,211 —0,281 —0,350 —0,417 0,515* 0,450 0,388 0,329 0,275 —0,200 0,7 —0,007 —0,075 —0,143 —0,213 —0,280 —0,349 —0,418 0,515* 0,451 0,388 0,329 —0,159 0,8 0,047 —0,020 —0,086 —0,154 —0,221 —0,287 -0,356 —0,423 0,512* 0,477 0,385 —0,123 0,9 0,088 0,024 —0,040 -0,104 —0,169 —0,232 —0,299 —0,364 —0,429 0,506* 0,442 —0,090 1,0 0,119 0,059 —0,002 —0,063 —0,123 —0,184 —0,248 —0,311 —0,215 —0,373 0,436 0,501* —0,060 1,2 0,157 0,105 0,052 0,000 —0,053 —0,105 —0,160 —0,272 —0,330 —0,389 —0,021 1,4 0,170 0,126 0,083 0,040 —0,003 —0,047 —0,093 —0,139 —0,187 —0,236 —0,287 0,003 1,6 0,167 0,132 0,099 0.064 0,030 —0,042 —0,042 —0,079 —0,118 —0,158 —0,201 0,017 1,8 0,153 0,128 0,102 0,075 0.050 0,023 —0,005 —0,034 —0,064 —0,096 —0,130 0,020 2,0 0,134 0,116 0,097 0,078 0,060 0,041 0,021 —0,001 —0,023 —0,047 —0,074 —0,019 2,2 0,114 0,102 0,088 0,076 0,063 0,061 0,037 0,022 0,016 —0,011 —0,030 0,018 2,4 0,092 0,084 0,076 0,069 0,061 0,054 0,045 0,036 0,026 0,014 0,001 0,015 2,6 0,072 0,068 0,064 0,060 0,056 0,053 0,048 0,043 0,037 0,030 0,022 0,012 2,8 0,053 0,052 0,052 0,050 0,049 0,049 0,047 0,045 0,043 0,039 0,034 0,910 3,0 0,037 0,037 0,039 0,040 0,041 0,042 V 0,043 0,043 0,042 0,040 0,038 0,009 0,0 3,04 2,75 2,48 2 21 1,96 £ 1,72 1,50 1,30 1,11 0,95 0,79 1,07 0,1 2,75 2,53 2,31 Ф, 09 1,87 1,67 1,47 1,30 1,13 0,98 0,84 1,06 0,2 2,43 2,31 2,12 1,95 1,77 1,60 1,44 1,29 1,14 1,00 0,88 1,04 0,3 2,21 2,09 1,95 1,81 1,67 1,51 1,41 1,27 1,15 1,03 0,92 1,01 0,4 1,96 1,87 1,77 1,67 1,59 1,49 1,38 1,27 1,17 1,06 0,94 0,98 0,5 1,72 1,67 1,60 1,51 1,49 1,41 1,33 1,25 1,17 1,08 1,00 0.94 0,6 1,50 1,47 1,44 1,41 1,38 1.33 1,29 1,24 1.17 1,11 1,03 0,89 0,7 1,30 1,30 1,29 1,27 1,27 1,25 1,24 1,21 1,17 1,11 1,06 0,85 0,8 1,11 1,13 1,14 1,15 1,17 1,17 1,17 1,17 1,14 1,11 1,07 0,80 0,9 0,95 0,98 1,00 1,03 1,06 1,08 1,11 1,11 1,11 1,11 1,09 0,76 1,0 0,79 0,84 0,88 0,92 0,97 1,00 1,03 1,06 1,07 1,09 1,09 0,65 1,2 0,55 0,61 0,66 0,72 0,78 0,83 0,89 0,93 0,97 1,01 1,05 0,55 1,4 0,36 0,43 0,49 0,55 0,62 0,68 0,75 0,81 0,86 0,91 0,97 0,46 1,6 0,22 0,29 0,35 0,41 0,49 0,55 0,62 0,68 0,74 0,80 0,86 0,36 1,8 0,12 0,18 0,24 0,31 0,37 0,43 0,50 0,56 0,62 0,68 0,75 0,28 2,0 0,05 0,11 0,17 0,22 0,28 0,34 0,40 0,46 0,51 0,57 0,63 0,21 2,2 0,01 0,06 0,11 0,16 0,21 0,26 0,32 0,37 0,42 0,47 0,53 0,15 2,4 —0,01 0,03 0,07, 0,11 0,16 0,20 0,25 0,29 0,33 0,37 0,43 0,10 2,6 —0,02 0,01 0,05 0,08 0,11 0,14 0,19 0,23 0,26 0,29 0,34 0,05 2,8 —0,02 0,00 0,03 0,05 0,09 0,11 0,14 0,17 0,19 0,22 0,26 0,02 3,0 —0,01 —0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,11 0,12 0,13 0,15 0,18 —0,01 Продолжение табл. 6.13 а 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 оо При (3=0,5 Р 0,0 2,27 1,86 1,43 1,04 0,64 0,39 0,24 0,22 0,21 0,18 0,14 0,44 0,2 1,63 1,39 1,15 0,92 0,68 0,48 0,31 0,19 0,11 0,05 0,01 0,43 0,4 1,15 0,96 0,92 0,80 0,67 0,53 0,39 0,25 0,14 0,05 0,00 0,40 0,6 0,79 0,75 0,72 0,68 0,64 0,56 0,46 0,33 0,22 0,12 0,05 0,36 0,8 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,55 0,50 0,41 0,32 0,23 0,14 0,31 1,0 0,32 0,37 0,42 0,46 0,50 0,52 0,51 0,47 0,40 0,33 0,25 0,25 1,2 0,20 0,25 0,30 0,37 0,42 0,47 0,49 0,49 0,46 0,41 0,34 0,20 1,4 0,09 0,15 0,22 0,28 0,35 0,41 0,46 0,48 0,49 0,46 0,42 0,14 1,6 0,02 0,09 0.15 0,21 0,28 0,34 11.41 0,46 0,48 0,48 0,47 0,10 1,8 —0,02 0,04 0,09 0,15 0,22 0,28 0,35 0,41 0,46 0,48 0,49 0,07 2.0 —0,05 0,00 0,06 0,11 0,16 0,22 0,29 0,35 0,40 0,46 0,49 0,04 2,2 —0,07 —0,03 0,03 0,07 о, 12 0,17 0,23 0,29 0,35 0,41 0,46 0,02 2,4 —0,08 -0,04 0,01 0,04 0,09 0,14 0,18 0,23 0,29 0,36 0,41 0,00 2,6 —0,08 —0,05 —0,01 0,02 0,06 0,10 0,14 0,19 0,25 0,30 0,35 0,00 2,8 —0,07 —0,05 —0,02 0,01 0,04 0,06 0,10 0,14 0,19 0,24 0,30 0,00 3,0 —0,07 —0,05 —0,02 0,01 0,02 0,05 0,07 0,11 0,15 0,19 0,24 —0,01 3,2 —0,07 —0,05 —0,03 —0,01 0,01 0,03 0,05 0,08 0,11 0,15 0,19 —0,01 3,4 —0,06 —0,04 —0,03 —0,01 0,00 0,02 0,04 0,06 (1,08 0,10 0,14 —0,01 3,6 —0,05 —0,04 —0,03 —0,02 —0,01 0,01 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 —0,01 3,8 —0,04 —0,03 —0,03 -0,02 —0,01 0,00 0,01 0,03 0,04 0,06 0,08 —0,01 4,0 —0,03 —0,03 —0,03 —0,02 —0,01 0,00 0,01 0,02 о.оз 0,04 0,06 0,00
144 Глава 6. П роектирование конструкций фундаментов Продолжение табл, 6.13 а g 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 оо М 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,300 0,2 —0,159 0,034 0,026 0,020 0,013 0,009 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0,207 0,4 —0,253 —0,076 0,099 0,077 0,053 0,036 0,023 0,017 0,011 0,008 0,004 0,135 0,6 —0,300 —0,144 0,009 0,165 0,121 0,085 0,057 0,039 0,025 0,019 0,006 0.075 0,8 —0,316 —0,183 —0,052 0,081 0,217 0,156 0,108 0,074 0,048 0,027 0,012 0,033 1,0 —0,310 —0,199 —0,091 0,019 0,128 0,250 0,180 0,126 0,083 0,049 0,023 0,001 1,2 —0,291 —0,201 —0,113 —0,025 0,064 0,162 0,272 0,197 0,134 0,081 0,043 —0,020 1,4 —0,264 —0,192 —0,123 —0,053 0,106 0,183 0,287 0,287 0,204 0,078 (1,078 —0,033 1,6 —0,232 —0,177 —0,124 —0,071 —0,013 0,042 0,113 0,197 0,299 0,204 0,129 —0,041 1,8 —0,200 —0,159 —0,119 —0,080 -0,041 0,005 0,058 0,124 0,201 0,293 0,198 - 0,044 2,0 —0,169 —0,139 —0,111 —0,082 —0,055 —0,022 0,018 0,008 0,128 0,201 0,288 —0,045 О —0,140 —0,120 —0,101 —0,081 —0,062 —0,039 —0,011 0,026 0,071 0,127 0,196 —0,044 2,4 —0,114 —0,101 —0,089 —0,077 —0,005 —0,050 —0,030 —0,006 0,028 0,070 0,126 —0,043 2,6 —0,091 —0,083 —0,077 —0,070 —0,064 —0,055 —0,043 —0,025 —0,003 0,028 0,067 —0,029 2,8 —0,070 —0,068 —0,066 —0,063 —0,061 —0,057 —0,051 —0,040 —0,024 —0,004 0,024 —0,017 3,0 —0,053 —0,054 —0,055 —0,055 —0,056 —0,056 —0,053 —0,047 —0,039 —0,025 —0,006 —0,012 3,2 —0,039 —0,042 —0,045 —0,048 —0,051 —0,053 —0,054 —0,051 —0,046 —0,039 —0,027 —0,009 3,4 —0,028 —0,032 —0,036 —0,041 —0,046 —0,048 —0,051 —0,051 —0,050 —0,046 —0,030 —0,009 3,6 —0,019 —0,024 —0,029 —0,034 —0,038 —0,043 —0,047 —0,049 —0,050 —0,046 —0,008 —0,008 3,8 —0,012 —0,017 0,022 —0,028 —0,033 —0,038 —О', 042 —0,046 —0,049 -0,050 —0,049 —0,008 4,0 —0,007 —0,012 0,017 —0,022 —0,027 —0,032 —0,037 —0,041 —0,045 —0,048 —0,049 —0,008 0,0 0,2 0* —0,614 0 0.323* 0 0,258 0 0,196 0 0,133 0 0,088 0 0,055 0 0,030 0 0,029 0 0,020 0 0,014 —0,500 —0,411 0,4 —0,339 —0,436 0,464* 0,367 0,269 0,189 0,126 0,083 0,055 0,030 0,013 -0,329 0,6 —0,147 —0,2,58 —0,372 0,514* 0,400 0,299 0,211 0,142 0,088 0,047 0,047 —0,252 0,8 —0,017 —0,127 —0,245 —0,362 0,522* 0,410 0,307 0,218 0,142 0,082 0,036 —0,186 1,0 0,068 —0,040 —0,149 —0,260 —0,371 0,510* 0,408 0,305 0,214 0,137 0,070 —0,130 1,2 0,120 0,021 —0,075 —0,178 —0,278 —0,381 0,509* 0,401 0,302 0,211 0,134 —0,095 1,4 0,149 0,061 —0,026 —0,113 —0,202 —0,296 —0,396 0,499* 0,397 0,209 0,211 —0,050 1,6 0,160 0,084 0,010 —0,064 —0,140 —0,221 —0,310 —0,406 0,494* 0,395 0,300 -0,027 1,8 0,160 0,096 0,034 —0,028 —0,090 —0,159 —0,235 —0,320 —0,412 0,493* 0,397 —0,011 2,0 0,152 0,100 0,048 —0,001 —0,053 —0,108 —0,171 —0,213 —0,325 —0,413 0,495* 0,000 2,4 0,124 0,092 0,059 0,028 —0,004 —0,039 —0,080 —0,126 —0,182 —0,248 —0,322 0,009 2,6 0,109 0,083 0,060 0,035 0,001 —0,016 —0,017 —0,086 -0,130 —0,183 —0,244 0,010 2,8 0,092 0,074 0,050 0,038 0,021 —0,001 —0,023 —0,051 —0,087 —0,129 —0,178 0,009 3,0 0,077 0,064 0,052 0,039 0,027 0,012 —0,006 —0,128 —0,053 —0,086 —0,125 0,008 3,2 0,063 0,055 0,047 0,038 0,031 0,019 0,007 —0,009 —0,0'28 , —0,052 —0,082 0,007 3,4 0,050 0,045 0,041 0,035 0,031 0,024 0,016 0,004 —0,009 —0,027 —0,049 0,095 3,6 0,040 0,037 0,035 0,032 0,030 0,026 0,021 0,014 0,004 —0,008 —0,025 0,004 3,8 0,031 0,030 0,029 0,029 0,028 0,027 0,025 0,021 0,014 0,005 —0,007 0,003 4,0 0,023 0,023 0,023 0,025 0,025 0,027 0,025 0,021 0,021 0,014 0,006 0,002 У 0,0 1,69 1,43 1,21 1,01 0,82 0,66 0,52 0,40 0,31 0,24 0,20 0,60 0,2 1,43 1,25 1,08 0,94 0,78 0,66 0,54 0,44 0,36 0,29 0,24 0,59 0,4 1,21 1,08 0,97 0,87 0,76 0,66 0,56 0,48 0,40 0,34 0,28 0,56 0,6 1,01 0,94 0,87 0,80 0,73 0,66 0,59 0,51 0,45 0,39 0,32 0,52 0,8 0,82 0,78 0,76 0,72 0,71 0,66 0,61 0,54 0,50 0,44 0,39 0,47 1,0 0,66 0,66 0,66 0,66 0,66 0,65 0,62 0,57 0,54 0,49 0,44 0,43 1,2 0,52 0,54 0,56 0,59 0,61 0,62 0,62 0,60 0,57 0,53 0,48 0,38 1,4 0,40 0,44 0,48 0,51 0,54 0,57 0,60 0,60 0,59 0,56 0,53 0,33 1,6 0,31 0,36 0,40 0,45 0,50 0,54 0,57 0,59 0,60 0,59 0,57 0,28 1,8 0,24 0,29 0,34 0,39 0,44 0,49 0,53 0,56 0,59 0,61 0,60 0,24 2,0 0,20 0,24 0,28 0,32 0,39 0,44 0,48 0,53 0,57 0,60 0,61 0,20 2,2 0,16 0,19 0,24 0,29 0,34 0,39 0,43 0,48 0,52 0,57 0,60 0,16 2,4 0,13 0,15 0,20 0,24 0,29 0,34 0,39 0,43 0,48 0,52 0,57 0,12 2,6 0,10 0,13 0,16 0,21 0,25 0,30 0,34 0,39 0,44 0,48 0,53 0,09 3.0 0,07 0,09 0,12 0,15 0,19 0,23 0,26 0,30 0,34 0,30 0,44 0,03 3,2 0,06 0,08 0,10 0,13 0,16 0,20 0,23 0,27 0,30 0,35 0,39 0,00 3,4 0,05 0,07 0,09 0,12 0,14 0,17 0,20 0,23 0,27 0,31 0,35 —0,03 3,6 . 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,15 0,18 0,20 0,23 0,27 0,30 —0,05 3,8 (1,03 0,05 0,07 0,09 0,11 0,13 0,15 0,18 0,20 0,23 0,27 —0,07 4,0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,23 —0,09 и правый вблизи правого. При этом при на- грузке вблизи правого конца табличные зна- чения Q меняют знак. Остальные правила расчета те же, что и при расчете в условиях плоской задачи. Замена реальных конечных данных ба- лок бесконечными и полубесконечными при- водит к тому, что на концах балки моменты оказываются не равными нулю. Для исправ- ления этой погрешности в эпюре вблизи лево-
6.5. Расчет плитных и ленточных фундаментов под колонны 145 го конца к полученным значениям ординат эпюры моментов добавляется поправка, опре- деляемая одной из следующих формул: при 0,01 с р < 0,15 и g; < 1,2 Д, =_ M,z(l — 08^); при 0,15 < р < 0,5 и Е,/ < 1,6 дг = _ AlSz(l — 06^); при Р > 0 ,5 и tz <: 2AZ = — Af2Z(l—0,5gz), где М значение суммарного момента у левого конца (при 6=0). Таким же образом исправляется эпюра вблизи правого конца. В книге [1] даны таблицы для расчета круглых плит различной жесткости и радиу- са. Там же помещены расчетные графики для квадратных и прямоугольных жестких плит как при реактивных давлениях упруго- го полупространства, так и при равномерных реактивных давлениях. При расчете гибких прямоугольных плит не рекомендуется заменять плиты системой взаимно перекрывающихся продольных и по- перечных балок, поскольку такой расчет не- льзя считать статически правильным даже приближенно. В настоящее время ввиду возрастания нагрузок и необходимости использования слабых, неоднородных и закарстованных грун- товых оснований особенно большое значение приобрел расчет сплошных плит большой про- тяженности под ряды колонн, стены и т. п. Эти плиты применяются как фундаменты различного типа каркасных зданий, силосных башен и т. д. Для расчета плит большой про- тяженности' при сосредоточенных или рас- пределенных по малым площадкам нагруз- ках, приложенных как вдали от края, так и вблизи него, служат таблицы, помещенные в книге [1], которые дают возможность уста- навливать изгибающие моменты, и попереч- ные силы в двух направлениях, а также ре- активные давления и осадки (прогибы) в лю- бой точке плиты. Однако при большом числе колонн, нали- чии стен и диафрагм жесткости, а также при непрямоугольной форме фундамента приме- нять эти таблицы довольно трудно и значе- ния получаются недостаточно точные. Ныне имеется большое число программ для ЭВМ, значительно облегчающих расчет [1, 7]. Часть этих программ учитывает кроме упомянутых факторов также и неоднородность податливо- го сти грунта в плане, жесткость верхнего стро- ения, и снижение деформативности грунта с глубиной и т. д. .Неоднородность податливости в плане приближенно учитывается методом коэффи- циента жесткости [3], который представляет собой модификацию метода коэффициента постели при изменяющемся значении этого коэффициента в плане. Существуют способы так устанавливать закон изменения этого ко- эффициента в плане, чтобы он приближенно отображал и распределительную способность грунта. Учет жесткости верхнего строения осу- ществляется- переходом от реального комп- лекса «верхнее строение—фундаментная пли- та — грунтовое основание» к стержневой сис- теме, где каждая из составных частей комп- лекса заменяется стержневой подсистемой. В частности, работа грунтового основания ими- тируется работой набора вертикальных сжи- маемых стержней, причем при расчете по ме- тоду коэффициента жесткости сжимаемость различных стержней, как правило, различна. Для расчета стержневых систем имеются про- граммы ЭВМ. Учет совместной работы ука- занного комплекса весьма важен. Обычный спо- соб распределения нагрузок по колоннам по схеме, согласно которой нагрузка на данную колонну равна сумме нагрузок, приложенных к половинам примыкающих к колонне риге- лей, приводит к значительному преувеличе- нию изгибающих моментов. Фундаментные плиты, как правило, стремятся изогнуться вы- пуклостью вниз. Жесткость же верхнего строения препятствует этому путем перерас- пределения нагрузок, приходящихся на от- дельные колонны (увеличиваются нагрузки на крайние колонны, уменьшаются на средние). Положительные моменты, изгибающие плиту, выпуклостью вниз, значительно снижаются. Более быстрое, чем в теории, уменьшение деформируемости основания с глубиной учи- тывается в некоторых программах возрастаю- щим с глубиной модулем деформации или в большинстве программ использованием схемы сжимаемого слоя. Так как расчет по схеме сжимаемого слоя более сложен, чем по схеме однородного по- лупространства, расчет можно проводить по последней схеме, взяв в качестве расчетного модуля деформации Ео такое его повышенное значение, при котором осадки плиты на одно- родном основании в среднем равнялись бы осадке плиты на сжимаемом слое при дейст- вительном модуле деформации, установленном обычным штамповым испытанием. Соответст- вующий способ определения Ео дан в работе
146 Глава 6. Проектирование конструкций фундаментов [1] . По существу, этот повышенный модуль есть не что иное, как модуль, установленный не по осадке опытного штампа обычных раз- меров, а по ожидаемой осадке здания, как если бы вся фундаментная плита была опыт- ным штампом. Разумеется, в случае, когда верхний сжи- маемый слой подстилается реальным несжима- емым грунтом (скалой), в расчет вводится действительная толщина этого слоя без пере- хода к однородному основанию. При значительных нагрузках на полосы, балки, плиты приобретает значение учет воз- никающих пластических деформаций в грунте и в железобетоне [1]. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Горбунов-Посадов М. И. Маликова Т. А., Соло- мин В. И. Расчет конструкций на упругом основании. Изд. 3-е — М.: Стройиздат, 1984. — 680 с. 2. Жемочкин Б. И., Синицын А. П. Практические методы расчета фундаментных балок и плит иа уп- ругом основании без гипотезы Винклера. Изд. 2-е — М.: Госстройиздат, 1962.— 239 с. 3. Клепиков С. И. Расчет конструкций на упру- гом основании. — Киев: Буд1вельнчк, 1967. — 184 с. 4. Крашенинникова Г. В, Расчет балок на упру- гом основании конечной глубины. — М. — Л.: Энер- гия, 1964. — 100 с. 5. Руководство по проектированию бетонных и Железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения). — М.; Стройиз- дат, 1977. — 328 с. 6. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений.—М.: Стройиздат,’ 1978.—375 с. 7. Руководство по проектированию плитных фун- даментов.— М.: Стройиздат, 1984.—262 с. 8. Руководство по проектированию фундаментов на естественном основании под колонны зданий н сооружений промышленных предприятий.—М.: Стройиздат, 1978. — 109 с. 9. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. СНиП 11-21-75.—М.: Стройиздат, 1976. 10. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83. — М.: Строй- издат, 1984.
Глава 7. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДПОРНЫХ СТЕН 7.1. ТИПЫ ПОДПОРНЫХ СТЕН Подпорные стены по конструктивному ре- шению подразделяются на массивные и тон- костенные. Устойчивость массивных подпорных стен на сдвиг и опрокидывание обеспечивается их собственным весом. Устойчивость тонкостен- ных подпорных стен обеспечивается собствен- ным весом стены и грунта, вовлекаемого кон- струкцией стены в работу, либо защемлением стен в основание (гибкие подпорные стены и шпунтовые ограждения). Формы поперечных сечений массивных стен представлены на рис. 7.1, тонкостенные подпорные стены уголкового профиля —• на рис. 7.2 и 7.3. Массивные и тонкостенные стены можно устраивать с наклонной подошвой или с до- полнительной анкерной плитой (рис. 7.4). Гиб- кие подпорные стены и шпунтовые огражде- ния можно выполнять из деревянного, железо- бетонного и металлического шпунта специаль- ного профиля. При небольшой высоте используются консольные стены; высокие сте- ны заанкеривают, устанавливая анкеры в не- сколько рядов (рис. 7.5). Рис. 7.1. Массивные подпорные стены й — с двумя вертикальными гранями; б — с вертикальной лицевой и наклонной тыльной гранью; в — с на- клонной лицевой и вертикальной тыльной гранью; г — с двумя наклонными в сторону засыпки гранями; д — со ступенчатой тыльной гранью; е — с ломаной тыльной гранью Рис. 7.3. Сопряжение лицевых н фундаментных плит а — с помощью щелевого паза; б —с помощью пет- левого стыка Рис. 7.2. Тонкостенные подпорные стены уголкового типа а—консольные; б — с анкерными тягами; в — контр- форсные Рис. 7.4. Сборные подпорные стены <7 — с анкерной плитой; б — с наклонной подошвой 10* Рис. 7.5. Схемы гибких подпорных стен а — консольная; б — с анкерами
148 Глава 7. Расчет и проектирование подпорных стен 7.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА НА СТЕНЫ 7.2.1. Общие положения Давление грунта на стены зависит от их конструктивных особенностей (наклона и же- сткости стены, наличия разгружающих эле- ментов и т. д.), от свойств грунта, взаимодей- ствующего со стеной, от величины и направле- ния перемещений, поворота и прогиба стены [2]. Активное давление грунта <за реализуется при смещении стены от грунта и соответству- ет минимальному значению давления. Пассив- ное давление грунта реализуется при сме- щении стены на грунт и соответствует макси- мальному значению давления. При отсутствии перемещений стены реализуется давление по- коя о0. Изменение давления грунта в зависи- мости от перемещения стены и представлено на рис. 7.6. 7.2.3. Активное давление грунта А. НЕСВЯЗНЫЙ ГРУНТ В случае свободной от нагрузки наклонной поверхности засыпки и наклонной тыловой грани стены горизонтальная оаъ. и вертикаль- ная аП7, составляющие активного давления грунта на глубине z (рис. 7.7) определяются по формулам [3, 4]: oah = yzKa-, (7.1) ~ ОдД (С4-ф 6) , (7.2) где v — расчетное значение удельного веса грунта; а — угол наклона тыловой грани стены к вертикали, принимаемый со знаком плюс при отклонении от вер- тикали в сторону стены; б—угол трения грунта на контакте со стенкой, принимаемый для стен с повы- шенной шероховатостью равным ср, для мелкозерни- стых водонасыщенных песков и при наличии на по- верхности вибрационных нагрузок равным 0, в ос- тальных случаях равным О,5ср (здесь ср — расчетное значение угла внутреннего трения грунта); Xа—ко- эффициент активного давления грунта: cos (ср — а) sin (cp-|-6)sin (ср—р) j cos (сс-фб) cos (а—р) / _ 2 Рис. 7.6. Изменение давления грунта на подпорную стенку в зависимости от ее перемещения (7-3) здесь р — угол наклона поверхности грунта к гори- зонту, принимаемый со знаком плюс при отклонении этой поверхности от горизонтали вверх: В частном случае для гладкой вертикаль- ной тыловой грани и горизонтальной поверх- ности грунта коэффициент активного давления вычисляется по формуле К = tga (45°-ф/2). (7.4) Равнодействующие горизонтального E„h и вертикального Eav давлений грунта для стен высотой И определяются как площади соот- ветствующих треугольных эпюр давлений (рис. 7.7) по формулам: 7.2.2. Характеристики грунта, используемые при определении давления грунта Eah = <yahH/2-, . (7.5) Eav — GavHI2. (7.6) На стенки действует боковое давление грунта нарушенного сложения. Характеристи- ки этого грунта выражаются через соответст- вующие характеристики грунта ненарушенного сложения следующими соотношениями [3]: Т1 = 0,95у1; ср' = 0,9ф[; Cj = O,5cT (но не более 7 кПа); VH==0,95Tn; = 0,9фп; сГ1 = 0,5сп (но не более 10 кПа), где v — соответственно удельный т вес, угол внутреннего трения и удельное сцепление грунтов ненарушенного сложения для расчетов по первой и второй группам предельных состояний, оп- ределяемые в соответствии со СНиП 2.02.01-83. Б. СВЯЗНЫЙ ГРУНТ Горизонтальная о a!l и вертикальная оav составляющие активного давления связного грунта на глубине z (см. рис. 7.7) ся по формулам: Л определяют- ®ah ~ °ah ®ch’ (7.7) ^'av=°'ah Ш (а + 6), (7.8) где (Jc^ — давление связности: <*сЛ = , (7.9) здесь с—удельное сцепление грунта; cos (а -ф б) cos а cos р — ----------------- . cos а cos о cos (а — р) (7.10)
7.2. Определение активного и пассивного давления грунта на стены 149 В. ДАВЛЕНИЕ НА СТЕНЫ ОТ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЗАСЫПКИ Сплошная равномерно распределенная на- грузка q (рис. 7.8, а). Горизонтальная и вертикальная (yqv составляющие активного давления грунта от этой нагрузки на глубине z для связных и несвязных грунтов определя- ются по формулам: (yqh = Q^a, (7.14) Рис. 7.7. К определению активного давления грунта на стенку а — несвязного: ' б — связного Если значение К, вычисленное по форму- ле (7.10), меньше нуля, в расчетах принимает- ся /(=0. В -частном случае при горизонтальной по- верхности засыпки (р = 0) и вертикальной задней грани (а = 0) (или расчетной плоскос- ти) горизонтальная составляющая активного давления грунта на глубине z определяется по формуле Равнодействующая горизонтального Е ah и вертикального Е лавлений грунта для стен высотой Н (см, рис. 7.7) определяется по формулам: 4, = <-.(«-А)'2; <7JI где (7.13) ®ah ®qv— Vqh (^ 6) . (7.15) Сплошная (на всей призме обрушения) рав- номерно распределенная нагрузка р, приложен- ная на расстоянии а от стены (рис. 7.8, б). Горизонтальная и вертикальная со- ставляющие активного давления грунта от этой! нагрузки определяются при z2>a/(tga+ 4-tg0) по формулам (7.14) и (7.15), а при 0<z<a/(tg ан-tg ©) (где 0 = 45°—ср/2) oqh = = o9i, = 0. Полосовая (ширина полосы Ь) нагрузка q, приложенная в пределах призмы обрушения на расстоянии а от стены (рис. 7.8, е). Горизон- тальная Gqh и вертикальная составляющие активного давления грунта от этой нагрузки определяются при a/(tga+tg0)^z^(a+ -ф-Ь)/(Iga+tg©) по формулам (7.14) и (7.15), а при (tga+tg©) и z> (a-|-&)/(tga + -|-lg0) <5qh — Oqv = 0. При расчете подпорных стен давления от нагрузок на поверхности засыпки, вычислен- ные по формулам (7.14) и (7.15), добавля- ются к давлениям от грунта, вычисленным по формулам (7.1), (7.2) и (7.7), (7.8). Г. ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА УГОЛКОВЫЕ ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ Для уголковых подпорных стен активное давление грунта на условную поверхность оп- ределяется по двум возможным вариантам: для длинной опорной плиты в предполо- жении образования симметричной призмы об- рушения (рис. 7.9, а, условная поверхность ab); Рис. 7.8. К определению давления грунта от нагрузки на поверхности засыпки
150 Глава 7. Расчет и проектирование подпорных стен Рис. 7.9. К определению активного давления грунта на угловые подпорные стены а — при симметричной призме обрушения; б — при несимметричной призме обрушения для короткой опорной плиты — несиммет- ричной призмы обрушения (рис. 7.9, б, услов- ная поверхность abc). В обоих случаях вес грунта, заключенно- го между условной поверхностью и тыловой поверхностью стены, добавляется к весу сте- ны в расчетах на устойчивость, которые вы- полняются так же, как и для массивных стен: а = 0 = 45°—ф/2; б = ф. 7.2.4. Пассивное давление грунта При горизонтальной поверхности грунта и равномерно распределенной нагрузке на по- верхности горизонтальная Орл, и вертикальная Ор/i составляющие пассивного давления на глубине z от поверхности определяются по формулам: cos (а 4" 5) cos а cos б (7.16) Срг, = <Jph tg (а 4- 5), (7.17 где q — нагрузка, равномерно распределенная на по- верхности; — коэффициент горизонтальной со- ставляющей пассивного давления, определяемый при горизонтальной поверхности грунта по формуле ^ph'— cos (Ф — а) sin (ф 5) sin ф cos (а 4- б) cos а (7.18) В частном случае при а — 6 — 0 ;ё2(45°4-ф/2). (7.19) 7.3. РАСЧЕТ МАССИВНЫХ И УГОЛКОВЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН 7.3.1. Общие положения Подпорные стены рассчитываются по двум группам предельных состояний: по первой группе выполняются расчеты на устойчивость стены против сдвига, на устойчивость основа- ния (несущая способность), на прочность скального основания, на прочность элементов конструкций и узлов соединения, по второй группе выполняются расчеты оснований по деформациям и по трещиностойкости элемен- тов конструкций. Расчет подпорных стен по обеим группам предельных состояний производится на расчет- ные нагрузки, определяемые как произведе- ние нормативных нагрузок и коэффициентов надежности по нагрузке. Коэффициенты на- дежности по нагрузке у/ при расчетах по пер- вой группе предельных состояний принимают- ся по табл. 7.1, а при расчетах по второй группе у/=1. ТАБЛИЦА 7.1. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НАДЕЖНОСТИ ПО НАГРУЗКЕ у у Нагрузка Постоянная: собственный вес конструкций . . . вес грунта в природном залегании » уплотненного грунта засыпки . » дорожного покрытия проезжей части и тротуаров ....... вес полотна железнодорожных пу- тей. на балласте ................ Временная: от подвижного состава железных дорог ........................... от колесной нагрузки НК-80 . . . от оборудования, складируемого материала, внутрицехового транс- порта и равномерно распределенная нагрузка на территории .......... 1,1 (0,9) 1,1 (0,9) 1,1 (0,9) 1,5 (0,9) 1,3 (0,9) 1,3 1,1 1,2 Примечание. Значения коэффициентов, ука- занные в скобках, принимаются при расчете стен по первой группе предельных состояний, когда умень- шение постоянной нагрузки может ухудшить условия устойчивости. 7.3.2. Расчет устойчивости оснований, стен против сдвига по подошве и глубокого сдвига по ломаным поверхностям скольжения Устойчивость отдельно стоящих стен про- тив сдвига по подошве и по ломаным поверх- ностям скольжения рассчитывается во всех случаях независимо от соотношения вертикаль- ных и горизонтальных нагрузок. Для стен, воспринимающих нагрузку от верхнего строе- ния (в частности для стен подвалов), расчет устойчивости против сдвига производится только при -невыполнении условия (5.83). Расчет устойчивости стены против сдвига выполняется по формуле (5.92). При этом стены с горизонтальной подошвой рассчитыва- ются по трем возможным вариантам сдвига: Р = 0; Р = ф]/2 и Р = ф1 (рис. 7.10, а). Стены с наклонной подошвой рассчитыва- ются по четырем, возможным вариантам сдвига: (3=—а; (3 = 0; Р = ф42 и Р = фтг (рис. 7.10,6). П-рш расчете на сдвиг по подошве ис- пользуются прочностные характеристики грун-
7.3. Расчет массивных и уголковых подпорных стен 151 Рис. 7.10. К расчету устойчивости подпорной стены а — с горизонтальной подошвой; б — с наклонной подошвой та ненарушенного сложения <рг и ci, но зна- чения фт принимаются не более 30°, а значе- ния Ci — не более 5 кПа. Суммы сдвигающих и удерживающих сил в формуле (5.92) определяются для отдельно стоящих стен по формулам; Жа = Eah + Eqh-, (7.20) Жг = Г„1§(ф1-ф) + ^1 +Bp, (7.21) где b — ширина подошвы стены; Е „ —• равподейству- р ющая пассивного давления грунта; ф — угол накло- на подошвы стены к горизонту; F v— сумма проек- ций всех сил на вертикаль; Ev = Gw -ф- SGg -j- Еаг! Eqv; (7.22) здесь Gw—собственный вес стены; 2G g—собствен- ный вес грунта над передней и задней консолью в уголковых стенах. Если подпорные стены входят в конструк- цию здания или сооружения (например, стена подвала), в сумму сдвигающих сил включа- ются также нагрузки от верхнего строения. Равнодействующая пассивного давления Ер вычисляется для слоя грунта hi, соответ- ствующего значению угла Pi (см. рис. 7.10). Расчет устойчивости оснований стен про- изводится по формулам (5.78), (5.79) (когда допустимо использование этой формулы) и (5.92); в остальных случаях расчет на глубо- кий сдвиг должен производится методом круг- лоцилиндрических поверхностей скольжения по методике, изложенной в гл. 6. 7.3.3. Расчет оснований подпорных стен по деформациям Такой расчет производится только для нескальных грунтов по указаниям СНиП 2.02.01-83. Предельные деформации su при- нимают по технологическим требованиям, но не более величин, указанных в гл. 5. При отсутствии специальных технологи- ческих условий требования по деформациям считаются удовлетворенными, если среднее давление на грунт под подошвой стены р не превышает расчетного сопротивления основа- ния R, а краевое давление pmax не превышает 1,2/?. Пример 7.1. Требуется проверить правильность принятых размеров уголковой подпорной стены .из расчета по первой и второй, группе предельных со- стояний основания. Схема стены с основными раз- мерами представлена на рис. 7.11. На поверхности призмы обрушения действует равномерно распреде- ленная нагрузка 7 = 30 кПа. Грунт основания — песок пылеватый. Расчетные Рис. 7.11. К примеру 7.1 а — габаритная схема; б.— расчетная схема
152 Глава 7. Расчет и проектирование подпорных стен значения характеристик песка:, -у п =18 кН/м3; фп = = 30°; сп=0; ут =18 кН/м3; фхт=29°; ^=0. Засыпка выполняется из того же песка. Расчет- ные значения характеристик засыпки: у j = 17 кН/м3; Ф( =27°;. с [ j = 0; у^ = 17 кН/м3; (jij =26°; с ^=0. Решение. Сначала определяем давление; на стену от грунта и от нагрузки на поверхности (рис. 7.11,а). Угол наклона плоскости обрушения к горизонту е = 45° — <₽'/ 2 = 45° — 26°/2 = 32° . Вес грунта над передней консолью с коэффици- ентом надежности по нагрузке у =0,9 и = 17 кН/м’: Р j-0,9 = 11,6-0,9 = 10,8 кН. Вес грунта в объеме призмы abc с коэффициен- том надежности у =0,9 и у = 17 кН/м3. F -0,9 = 138-0,9 = 124 кН. V 4 Общий вес грунта G g= 10,8 +124= 134,8 кН. Собственный вес стены с коэффициентом надеж- ности по нагрузке уу=0,9 и ущ) = 25 кН/м3 Gw = (Fd2 + Fr3) 0,9 = (54 + 42) °’9 = 86,4 КИ Определяем коэффициент активного давления грунта X ^по формуле (7.3) прн б = ф^ =26°, а = 0 = = 32°, р = 0; cos (26° — 32°)__________ F^sin (26° + 26°) sin 26° 1 cos (32° + 26°) cos 26° / = 0,39. По формулам (7.1) и (7.2) находим горизонталь- ную о вертикальную о ат. составляющие актив- ного давления грунта на глубине г = Д = 6 м с коэф- фициентом надежности по нагрузке уу=1,1; оаЛ = 17-1,1-6-0,39 = 43,8 кПа: = 43,8 tg (32° + 26°) = 70,1 кПа Определяем равнодействующие горизонтального и вертикального давления грунта по формулам (7.5) и (7.Ь); Eah = 43,8-6/2 = 131,4 кН; Eav =70,1-6/2 = 210,3 кН. Горизонтальную a и вертикальную cfgy состав- ляющие активного давления грунта от равномерно распределенной нагрузки на поверхности определяем по формулам (7.14) и (7.15) с коэффициентом надеж- ности по нагрузке уу=1,2: = 30-1,2-0,39 = 14 кПа; °qv “ 14 <32° + 26°) = 22,4 кПа. Вычисляем равнодействующие горизонтального вертикального Еqv давлений грунта от на- грузки и на поверхности; E4h = ачн н =14-6 =84 кН; Eqv = Gqv Е ~ 22,4-6 = 134-4 кН- Расчет устойчивости стены против сдвига произ- водим для трех значений угла (3 (р.=“0; (32=cPj'2; Рз-’Ф!)- 1. Для |ф=0. Сумма сдвигающих сил по формуле (7.20) 2Fsa = 131,4 + 84 = 215,4 кН. Горизонтальную составляющую пассивного дав- ления грунта на глубине z=l,5 м определяем по фор- муле (7.16) с учетом выражения (7.19) при коэффи- циенте надежности по нагрузке у^=0,9: a h = 17-0,9-1,5 tg2 (45° + 26°/2) = 58,5 кПа, Равнодействующая пассивного давления Е h = 1,5-58,5/2 = 44 кН. Сумму проекций всех сил на вертикаль находим по формуле (7.22): Fr = 86,4 4- 10,8 + 124 -ф 210,3 + 134,4 = 565,9 кН Определяем сумму удерживающих сил но форму- ле (7.21); ZPsr = 565,9 tg (29° — 0) -+ 44 = 356 кН. Проверяем условие (5.92) при ус=0,9 и -у =1,1 (сооружение III класса): ГГ ZF/y- 215,4 < 0,9-356/1,1 = 290, т. е. условие (5.92) выполняется. 2. Для (32=ф j/2= 14°30'; SF sa =215,4 кН. Определяем пассивное давление на глубине г= =2,51 м при уу=0,9: <Jph = 18-0,9-2,51 tg2 (45° + 29°/2) = 117 кПа. Равнодействующая пассивного давления F h = 2,51-117/2 = 147 кН. Сумму проекций всех расчетных сил на верти- каль находим с учетом веса грунта в объеме призмы def при у у =0,9; %Fgr = 597,1 tg (29° — 14° 30') + 147 = 301 кН. Проверяем условие (5.92): 215,4 <j 0,9-301/1,1 = 246, т. е. условие (5.92) выполняется. 3. Для |Зэ = ср р SF Sfl =215,4 кН. Пассивное давление на глубине z = 3,64 м <jph = 18-0,9-3,64 tg2 (45 + 29°/2) = 170 кПа. Равнодействующая пассивного давления £^ = 170-3,64/2 = 310 кН; 2Fsr = Ер/Г Проверяем выполнение условия (5.92): 215,4 < 0,9-310/1,1 = 254, т. е. условие (5.92) выполняется. Расчет основания с использовани- ем формулы (5.79), Сумма проекций всех пасчет- ных сил на вертикаль £у = 56о,9 кН. Сумма проекций всех расчетных сил на горизонталь (без учета пас- сивного давления грунта на лицевую грань) г/ = = Z£ sa=215,4 кН. Вычисляем сумму моментов всех расчетных вер- тикальных сил относительно оси, проходящей через центр тяжести подошвы: *Evi li = ^Г1’7 + V’13 + ^З'0’1 + FvPQ~ — £ £,-0,98 — -Еду-0,5 = 10,8-1,7 + 48,6-1,13 + -ф 37,8-0,1 + 12,4-0 —- 210,3-0,98 — 134,4-0,5 = = — 196,1 кН-м. Вычисляем сумму моментов всех расчетных гори- зонтальных сил относительно той же оси: %Fhi zt = Eah'- + Eqh'3z= 131,4-2 + 84,3 = 514,8 кН-м. Величина эксцентриситета приложения равнодей- ствующей всех сил относительно центра тяжести по- дошвы будет: = (— 196,1 + 514,8)/565,9 = 0,56 м. Приведенная ширина подошвы по формуле (5.80) b' = b — 2е, = 3,9 — 2-0,56 = 2,78 м. о Вычисляем угол б наклона равнодействующей по формуле (5.82): tg б = Fh/Fv = 215,4/565,9 = 0,38; б = 21°, т. е. условие (5.83) выполняется и формула (5.79) может быть использована для вычисления нормаль- ной составляющей предельной нагрузки на основание стены.
7.4. Расчет гибких незаанкеренных подпорных стен 153 По табл. 5.28 находим значения коэффициентов Ny и N (при Ф!=29и и 6=21°); Л/? =2,08; ;Vq=6,88. Коэффициенты формы = £g =1 (для ленты). Вычис- ляем: N = b' (Nv + N V, d + .'V g с) = и \ < v 1 q q I с с 1 / = 2,78 (2,08-1-2,78-18 + 6,88-1 • 17-1.5) = 780 кН,м. Проверяем условие (5.78): Et)=565,9<0,9-780/1,1 = = 640 кН — условие удовлетворяется, т. е. устойчи- вость основания обеспечена. Расчет основания по второй г р уп- п е предельных состояний. Для определе- ния расчетного сопротивления основания предвари- тельно находим коэффициенты: у г =1,25; ус9=1,0; /<=1.0. При фы = 30° Л1?=1,15, Л1д=5,59, М с=7,95. Тогда Vc1 vc2 г R = м bv + Л1 d V + k L V U q 1 11 + (Mg-l)dd vn + Mc CjI] = (1,15-3,9-18 + 5,59-1,5-17) = 270 кПа. 1 При вычислении R за величину di принято за- глубление подошвы стенки со стороны лицевой гра- ни; величина d& принимается равной нулю. Вычисляем напряжения под подошвой стены, для чего предварительно определяем составляющие дав- ления грунта на стену при характеристика.': грунта для расчета по второй группе предельных состояний: б = ф' 1 = 27°; а = 0 = 45° — ф' /2 = 45° — 27/2 = = 31°30'. Коэффициент активного давления грунта, вычис- ленный по формуле (7.4), >-.ft = 0,38. Горизонтальные и вертикальные составляющие активного-давления от веса грунта и от распределен- ной нагрузки на поверхности определяем аналогично предыдущему: о = 17-6-0,38 = 38,8 кПа; ah П а °av == °ah. tg (« + б) = 38,8 tg (31°30' + 27°) = 64 кПа: = dha = 30-0,38 = 11,4 кПа; °qv °qh lg (“ + б) = n<4 (31°30' + 27°) = = 18,8 кПа. Равнодействующие горизонтального и вертикаль- ного давления грунта составят: Ealt~ <^/2=38,8-6/2 = 116,2 кН; Eav = °av Н/'2 = 64-6/2 = 192 Eqh~ Я = 11,4-6 = 68,4 кН; Eqy = oqo Н = 18,8-6 = 112,8 кН. Сумма проекций всех сил на вертикаль = 96 + 149,6 + 192 + 112,8 = 550,4 кН. Сумма моментов всех вертикальных сил относи- тельно осн, проходящей через центр тяжести подош- вы, Е -н Еу2-1,13 + Еу3.0,1 - Еу^-0 — — Е -0,98 — Е„ -0,5 = 11,6-1,7 + 54-1,13 4- Ct- U м (д 1 -1- 42-0,1 — 192-0,98 — 112,8-0,5 = — 159,9 кН-м. Сумма моментов всех горизонтальных сил относи- тельно той же оси ZEhi zi = Eah'2 + Eqh'3 = 116,2-2 + 68'4'3 = = 437,6 кН • м. Вычисляем давления под подошвой: стены: О — Еу/4 ± M/W = 550,4/(1-3,9) ± ± (— 159,9 + 437,6) 6/(1-3,92); = 252 кПа < 1,22? = 1,2-270 = 325 кПа; IlLCL .V amtn ~ 31 кПа > °- Из расчета по деформациям принятая ширина по- дошвы стены подходит. 7.4. РАСЧЕТ ГИБКИХ НЕЗААНКЕРЕННЫХ ПОДПОРНЫХ СТЕН 7.4.1. Общие положения Упрощенный метод расчета гибкой кон- сольной стены основан на использовании коэф- фициента постели [1]. Этот метод позволяет учесть как деформативные свойства грунта, так и жесткость самой стены. Для практичес- ких расчетов на основе решения дифферен- циального уравнения изогнутой оси стены со- ставлены графики (рис. 7.12—7.15), позволя- ющие получить распределение давлений вдоль защемленной части стены. 7.4.2. Параметры грунта и стен, необходимые для расчета Коэффициент постели грунта ks определя- ется в зависимости от вида грунта по табл. 7.2. При залегании в пределах защемленной части стены нескольких слоев грунта в расче- те используется средневзвешенное значение ТАБЛИЦА 7.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОСТЕЛИ k „ Грунты ks, кН/м- Текучепластичные глины и суглинки . Мягкопластичные, суглинки, супеси и 1 000 глины, пылеватые и рыхлые пески . . Тугопластичные суглинки, супеси и 2 000 глины, пески мелкие и средние . . . Твердые суглинки, супеси и глины, 4 000 крупные пески ... Пески гравелистые, грунты крупнооб- 6 000 ломочиые в 10 000 коэффициента постели, определяемое по фор- муле kg — , (7.23) где k . —значение коэффициента постели для i-ro слоя грунта; п —толщина t-ro слоя. Приведенный коэффициент сжимаемости К при глубине заделки стены в грунт t вы- числяется по формуле Д-Аз/Д (7.24) Показатель жесткости £ находится по зави- симости 5 г-------- l = = КЬ/{Е1} , . (7.25) где k — коэффициент жесткости; Е — модуль упру- гости стены; /—момент инерции стены; Ь — ширина стены в продольном направлении, принимаемая в расчете равной 1 м.
154 Глава 7. Расчет и проектирование подпорных стен Рис. 7.12. Зависимость коэффициента п от k и t при 1=3 m Рис. 7.14. Зависимость коэффициента m от k и t при 5=3 Рис. 7.15. Зависимость коэффициента m от k и t при 5 = 5 7.4.3. Давление грунта Консольная часть стены рассчитывается на активное давление грунта, определяемое по формулам (7.1), (7.7) и (7.14). Для расче- та защемленной части стены влияние консоль- ной части заменяется моментом М и силой F, приложенными в уровне верха заделки. Давле- ние грунта определяется отдельно от момента М и силы F по формулам: от —. пМ\ (7.26)
7.4. Расчет гибких незаанкерепных подпорных стен 155 oq — mF, (7.27) где п и m — коэффициенты, определяемые по графи- кам, приведенным на рис. 7.12—7.15, в зависимости от глубины t и коэффициента жесткости k. Графики составлены только для двух зна- чений показателя жесткости: £ = 3 и £ — 5, по- скольку при £<3 получаемые давления близки к получаемым при £ = 3 (жесткая стена), а для значений £>3 можно использовать графи- ки для £ = 5 (гибкая стена). Полное давление на стену <у определяется суммированием давлений <зт и <уд: o = (7.28) Полученное распределение давлений о позволяет построить эпюры моментов и попе- речных сил для стены, а также проверить мест- ную прочность грунта исходя из условия, что вдоль всей защемленной части стены выпол- няется соотношение (7.29) где о ph — пассивное давление грунта, определяемое по формуле (7.16). Для окончательного определения глубины заделки стены необходима проверка системы «грунт-стена» на общую устойчивость. Эта проверка выполняется методом круглоцилинд- рических поверхностей скольжения. Центр и радиус скольжения отыскиваются по методике, изложенной в гл. 6, причем поверхность сколь- жения в этом случае должна начинаться у поверхности грунта и проходить через ниж- нюю точку стены. Пример 7.2. Требуется определить давление грун- та на гибкую консольную стену. Грунт — песок мел- кий с расчетными характеристиками =30’, Cj = O, Vj = 18 кН/м3. Высота консольной части стены /г=5 м, защемленной части t = 4 м. Стена выполняемся из ме- таллического шпунта с моментом инерции / = =0,00056 м4. Модуль упругости шпунта £=21-107 кПа. Решение. По табл. 7.2 находим значение коэффи- циента постели грунта k g=4000 кН/м3. Вычисляем приведенный коэффициент сжимаемо- сти грунта К по формуле (7.24) Л’ = ks/t = 4000/4 = 1000 кН/м3, Коэффициент жесткости 5 ,....... .. ....... Kb/(EI) — V 1000-1/(21 -107-0,00056) = = l/o, 0085 = 0,385. Показатель жесткости £ =/г/= 0,385-4 = 1,54. Определяем момент 7И и силу F, приведенные к уровню верха заделки (рис. 7.16, а}. Для этого пред- варительно находим активное давление грунта на Рис. 7.16. К примеру 7.2 а — расчетная схема с нагрузками, приведенными к верху заделки; б — эпюра давлений стены на грунт ТАБЛИЦА 7.3. К ПРИМЕРУ 7.2 Глубина расчетного сечения m n | °m Суммарно e давление при F= 67,5 кН П ри 3 кН-м 0 0 0 0 0 0 0,2 t 0,28 18,9 0,06 6,8 25,7 0,4 1 0,28 18,9 0,04 4,5 23,4 0,6 t 0,18 12,2 —0,01 —1,13 11,07 0,8 t —0,15 —10,1 —0,11 —12,4 —22,5 1,0 t —0,53 —35,8 —0,2 —22,6 —58,4 консольную часть стены по формуле (7.1): а®/г' = ?I h tg2 С59 ~ Ф1 ^2) = = 18-5-tg2 (45° — 30°/2) = 27 кПа. Равнодействующая активного давления грунта Eah = 27-5/2 = 67,5 кН. Сосредоточенная сила в уровне верха заделки F = Eah = 67,5 кН. Момент в уровне верха заделки М = Fh/З = 67,5.5-5/3 = 113 кН-м. Значения коэффициентов п и m находим по рис. 7.12 и 7.13 при 5j=3 и fe = 0,385. Для построения эпюры давлений эти значения, а также значения давлений для различных глубин сводим в табл. 7.3. По зна- чениям О', полученным в табл. 7.3, строим эпюру давлений степы на грунт (рис. 7.16, б). На глубине /, = 1 м и максимальные значения давлений составля- ют <7=26 кПа, а на глубине А=4 м 0=58,4 кПа. Проверяем местную прочность грунта для сече- ния 0<z^l, так как эта область является наиболее опасной. Строим эпюру максимальных давлений Орд используя формулу (7.16): о = V, 2 tg2 /45° + <рт /2\ — 18з • 1,732 = 54 2. ph I х 1 / Построив эпюру о ph на том же рис. 7.16,6, ви- дим, что на всем участке OsCzsgl значения Ор^>о, т. е. условие (7.29) выполняется и, следовательно, местная прочность грунта обеспечена. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Дуброва Г. А. Методы расчета давления грун- тов на транспортные сооружения. — М.: Транспорт, 1969. — 219 с. 2. Клейн Г. К. Расчет подпорных стен. —-М.: Выс- шая школа, 1964. — 196 с. 3. Руководство по проектированию подпорных стен и стен подвалов для промышленного и граждан- ского строительства.—М.: Стройиздат, 1984. — 115 с. 4. Строительные нормы и правила. Подпорные стены, судоходные шлюзы, рыбопропускные и рыбо- защитные сооружения. СНиП 11-55-79.—М.: Строй- издат, 1930.
Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ 8.1. НОМЕНКЛАТУРА И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СВАЙ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ В отечественной практике известно более 150 видов свай, которые классифицируются: по материалу: железобетонные, бетонные, керамзитобетонные, деревянные, стальные ; по конструкции: цельные и составные квадратные, круглые, прямоугольные и мно- гоугольные, с уширением и без него, с остри- ем и без острия, призматические и пирами- дальные (конические), пустотелые и сплошно- го сечения, винтовые, сваи-колонны; по виду армирования: с напрягаемой и не- напрягаемой продольной арматурой, с попе- речным армированием ствола и без него; по способу изготовления и погружения: сборные и монолитные, забивные, вдавливае- мые, завинчиваемые, буроопускные, бурона- бивные, в том числе с уплотненным забоем, набивные в пробивных скважинах, вибро- штампованные; по характеру работы в грунте: сваи-стой- ки, опирающиеся на практически несжимае- мые грунты, и висячие сваи, заглубленные в сжимаемые грунты. 8.1.1. Государственные стандарты на сваи Общие требования на изготовление и при- менение наиболее распространенных конструк- ций забивных свай, перечисленных в табл. 8.1 и показанных на рис. 8.1, изложены в ГОСТ Сваи квадратного сечения по ГОСТ 19804.1—79 и ГОСТ 19804.2 — 79 рекоменду- ется применять для всех зданий и сооружений в любых сжимаемых грунтах (за исключени- ем грунтов с непробиваемыми включениями) для восприятия вдавливающих, выдергиваю- щих и горизонтальных нагрузок. Предпочте- ние следует отдавать сваям с напрягаемой арматурой, как имеющим наименьший расход стали. Сваи без поперечного армирования ствола по ГОСТ 19804.4 — 78 допускается применять для восприятия вдавливающих нагрузок до 500 кН и горизонтальных нагрузок до 15 кН от зданий и сооружений при условии полного погружения свай в грунт или же в том слу- чае, если часть сваи выступает не более чем на 2 м над поверхностью грунта и только внутри помещения с положительными темпе- ратурами. Эти сваи могут прорезать пески рыхлые и средней плотности, глинистые грунты от туго- пластичных до текучих, илы, торфы, прослой- ки толщиной до 0,5 м плотных или твердых сжимаемых грунтов и опираться на все виды грунтов, за исключением скальных и крупно- обломочных. Сваи квадратного сечения с круглой по- лостью по ГОСТ 19804.3 — 80 применяются для тех же условий, что и сваи по ГОСТ 19804.4—78. Применение таких свай позволит снизить (по сравнению со сваями сплошного квадрат- ного сечения) расход цемента на 15—25 % и Рис. 8.1. Сваи / — по ГОСТ 19804.1—79; 2 — пэ ГОСТ 19304.2—79; 3 —по ГОСТ 19804.3—80; 4 — по ГОСТ 19804.4—78; 5— по ГОСТ 19804.5—83; 6 — по ГОСТ 19804.6—83 19804.0—78 «Сваи забивные железобетонные. Общие технические условия». Применение свай любого вида должно обосновываться технико-экономическими расчетами. более эффективно использовать сваебойное оборудование. Полые круглые сваи и сваи-оболочки по ГОСТ 19804.5 — 83 и ГОСТ 19804.6 — 83 ре- комендуется применять в качестве безроствер- ковых фундаментов в слабых грунтах мощ- ностью более 12 м при передаче на сваю боль- ших (более 100 кН) горизонтальных нагрузок.
8.1. Номенклатура tl область применения свай различных видов 157 ТАБЛ И ЦА 8.1. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ СВАЙ Сваи Ширина грани или диаметр сваи, см Длина сваи, м Исходная рабочая документация Цельные квадратного сплошного сечения с не- напрягаемой арматурой 20 2о 30 35 40 3—6 4,5—6 3—12 8-16 13—16 ГОСТ 19804.1—79 То же, с поперечным армированием ствола с напрягаемой арматурой 20 25 30 35 40 оэ СО со СП со 1 1 1 1 1 1-0 К' “ с? ССО1 ГОСТ 19804.2—79 То же, без поперечного армирования ствола 25 30 о—6 3—12 ГОСТ 19804.4—78 Составные квадратного сплошного сечения с поперечным армированием ствола 30 35 40 ( ХЕХ 1 1 1 Ю К LO ОО 4^» С Серия 1.011.1-7 Цельные квадратного сечения с круглой по- лостью 25, 30, 40 Q ГОСТ 19804.3—80 Цельные полые круглые сваи и свап-оболочки 40, 50, 60 80, 100, 120, 160 4—18 6—12 ГОСТ 19804.5—83 Составные полые круглые сваи и сваи-обо- лочки 40 50 60 80, 100, 120, 160 14—26 14—30 14—40 14—48 ГОСТ 19804.6—83 Сваи-колонны: квадратного сечения 20 30 35 40 5—8 5—12 5—16 8—16 Инв. Хе 112857 института Фундаментпроект; серия 3.015-5 двухконсольные 20 30 5—6,5 5—7,5 Серия 1.821.1-2 полые круглые 40, 50, 60, 80 5—18 Инв. Ке 13185 института Фундаментпроект; серия 3.015-5 8.1.2. Составные сваи квадратного сечения Составные сваи квадратного сечения при- меняются для восприятия вертикальных и го- ризонтальных нагрузок в слабых грунтах мощ- ностью более 12 м при отсутствии условий для изготовления и транспортирования цельных свай длиной 14—20 м, при стесненных пло- щадках строительства, отсутствии оборудова- ния для погружения длинных цельных свай, невозможности применения полых круглых свай. Составные сваи изготовляются преиму- щественно из двух звеньев с различными сты- ками: стаканным, коробчатым, сварным, бол- товым, клеевым. Общий вид стыков показан на рис. 8.2, а расход стали на стыки приведен в табл. 8.2. На составные сваи с наиболее индустри- альными стаканными и коробчатыми стыками ТАБЛИЦА 8.2. РАСХОД СТАЛИ НА СТЫК СОСТАВНОЙ СВАИ Стык Расход стали, кг. при размерах сечения сваи, см 30X30 35X35 40X40 Стаканный . . . 19,2 28,4 40,7 Коробчатый . . . 26,1 35,4 45,6 Сварной .... 30,6 37,4 42,8 Болтовой .... 16,4 20,4 23 2 Клеевой .... 1,9 — — разработана типовая документация серии 1.011.1-7. Номенклатура составных свай со стаканным стыком приведена в табл. 8.3, а общий вид звеньев составной сваи показан на рис. 8.3. Составные свая с клеевым стыком могут изготовляться по той же номенклатуре, что и сваи со стаканным стыком, и применяться при действии выдергивающих нагрузок. Клеевой
158 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ТАБЛИЦА 8.3. НОМЕНКЛАТУРА СОСТАВНЫХ СВАИ Марка состав- ной сваи Марка звена сваи Продольная арматура звена Расход бе- тона, м3 Расход стали, кг Масса, т верхнего нижнего верхнего нижнего С14-30С С6-30ВС С8-30НС 4ф12АП 4ф12АП 1,26- 89,7 3,16 С15-30С С7-30ВС С8-30НС 4ф12АП 4ф12АП 1,35 94,8 3,38 CI6-30C С8-30ВС С8-30НС 4ф12АП 4ф12АП 1,44 97,7 3,61 С16-30С С4-30ВС С12-30НС 4ф12АП 4ф14АШ 1,44 114,4 3,61 С17-30С С5-30ВС С12-30НС 4ф12АЦ 4ф14АШ 1,53 118,6 3,83 С18-30С С6-30ВС С12-30НС 4ф12АП 4ф14АШ 1,62 122,9 4,06 С19-30С С7-30ВС С12-30НС 4ф12А11 4ф14АШ 1,71 128,0 4,28 С20-30С С8-30ВС С12-30НС 4ф12АП 4ф14А1П 1,80 130,9 4,51 С14-35С С6-35ВС С8-35НС 4ф12А1П 4ф12АШ 1,72 104,1 4,30 С15-35С С7-35ВС С8-35НС 4ф12АШ 4ф12АШ 1,84 108,6 4,60 С16-35С С8-35ВС С8-35НС 4ф12АШ 4ф12АШ 1,97 114,1 4,92 С17-35С С9-35ВС С8-35НС 4ф12АШ 4ф12АШ 2,09 118,6 .5,23 С18-35С С6-35ВС С12-35НС 4с Н2АШ 4с Я4АШ 2,21 138,0 5,53 С19-35С С7-35ВС С12-35НС 4с Я2АШ ' 4<1 Я4АШ 2,33 142,5 5,83 С20-35С С8-35ВС С12-35НС 4с И2АШ 4с Я4АШ 2,46 148,0 6,15 С21-35С С9-35ВС С12-35НС 4с Я2А1Н 4с Я4АШ 2,58 152,5 6,46 С22-35С С10-35ВС С12-35НС 4с Э12АШ 4с Я4АШ 2,70 157,8 6,76 С23-35С С11-35ВС С12-35НС 4с Я2А1П 4с P14A1I1 2,82 163,4 7,06 С24-35С С12-35ВС С12-35НС 4с Я2АШ 4<1 Я4АШ 2,94 166,3 7,36 С14-40С С6-40ВС С8-40НС 4Ф12АП1 4ф12АШ 2,22 123,0 5,60 С15-40С С7-40ВС С8-40НС 4Ф12АШ 4ф12А1П 2,40 127,5 6,00 С16-40С С8-40ВС С8-40НС 4ф12АШ 4ф12АШ 2,56 133,0 6,40 С17-40С С9-40ВС С8-40НС 4ф14АШ 4ф12АШ 2,72 149,8 6,80 С18-40С С6-40ВС С12-40НС 4с Я2АШ 4ф16АШ 2,88 177,0 7,20 С19-40С С7-40ВС С12-40НС 4с Я2АШ 4ф!6АШ 181,5 7,60 С20-40С С8-40ВС С12-40НС 4с Я2АШ 4ф16АШ о, Z'J 187,(1 8,00 С21-40С С9-40ВС С12-40НС 4с Я4АШ 4ф16АШ и, и 5 203,8 8,40 С22-40С С10-40ВС С12-40НС 4с P14AI1I 4ф16АШ 3,52 210,8 8,80 С23-40С С11-40ВС С12-40НС 4с Я6АШ 4ф16АШ 3,68 233,8 9,20 С24-40С С12-40ВС С12-40НС 4с 1H6AIII 4ф16АШ 3,84 243,0 9,60 С25-40С С11-40ВС С14-40НС 4ф1бАШ 4ф18АШ 4,00 271,8 10,00 С26-40С С12-403С С14-40 И С 4ф16А1П 4ф18АШ 4,16 281,0 10,40 С27-40С С13-40ВС С14-40НС 4ф16АШ 4ф18АШ 4,32 288,1 10,80 С28-40С С14-40ВС С14-40НС 4Ф18АШ 4ф18АШ 4,48 320,0 11,20 Примечание. В маркировке сваи цифры перед дефисом обозначают длину сван, м, после дефиса — ширину грани сваи, см. стык устраивается с помощью эпоксидного или полиэфирного клея, состав которого раз- работан НИИЖБом Госстроя СССР. Клей заливается в отверстия и наносится на тор- цевую поверхность предварительно забитого нижнего звена сваи. Верхнее звено устанав- ливается сразу после ' заливки клея. Штыри, выступающие из нижнего торца верхнего зве- на, заводятся в отверстия нижнего звена, что обеспечивает точную центровку звеньев и рав- нопрочность стыка со сваей. Расход клея на стык составляет 1,5—2,5 кг. Составная свая забивается через 15 мин после установки верхнего звена. Стык выдер- живает более 900 ударов. Клеевой стык применяется при плюсовой температуре. В зимнее время целесообразно использовать клеевые стыки с промежуточны- ми элементами, которые должны храниться в отапливаемом помещении. Расход стали на клеевой стык уменьшается (по сравнению со стаканным стыком) в 2—3 раза, а стои- мость — в 1,5 раза. Рабочая документация на составные сваи сечением 30x30 см с клеевым стыком разра- ботана институтами Фундаментпроект и НИИЖБ (инв. № 14138). Сварной стык является наиболее матёри- алоемким и трудоемким. Болтовой стык тре- бует повышенной точности изготовления и по- гружения свай. Сварной стык с боковыми на- кладками может применяться при воздействии выдергивающих нагрузок. Сваи со сварным и болтовым стыками изготовляются по индивидуальным проектам и техническим условиям. 8.1.3. Сваи-колонны . Сваей-колонной является забивная свая с ненапрягаемой арматурой квадратного или полого круглого сечения, надземная часть ко- торой служит колонной здания и сооружения. Свая-колонна отличается от соответствующей тестированной сваи наличием закладных дета- лей и повышенным в случае необходимости
8.1. Номенклатура и область применения свай различных видов 159 Рис. 8.2. Стыки составных свай а — стаканный; б — коробчатый; в — сварной; г —• болтовой; д — клеевой; е — клеевой с промежуточным элементом; 1 — верхнее звено сваи; 2 — каркас сваи; 3 — нижнее звено сваи; 4 — лист; 5 — труба; 6 — ко- роб; 7 — болт; 8 — штырь; 9 — отверстие диаметром 28/32 мм; 10 — промежуточный элемент продольным армированием. Свая-колонна, ра- ботающая на косое внецентренное сжатие, должна армироваться восемью продольными стержнями. Для легких сельскохозяйственных зданий ЦНИИЭПСельстроем разработаны сваи-колон- ны с консолями. Сваи-колонны рекомендуется применять в песках средней плотности и глинистых грун- тах тугопластичной и полутвердой консистен- ции, а также при прорезании рыхлых песчаных и мягкопластичных глинистых грунтов для бес- крановых каркасных зданий с нагрузкой на колонну до 500 кН, опор сооружений с нагруз- кой до 1000 кН, технологических трубопрово- дов с нагрузкой до 20 кН/м. Рис. 8.3. Звенья составной сваи со стаканным стыком а — верхнее звено; б — нижнее звено 8.1.4. Буронабивные сваи Буронабивные сваи изготовляются в грун- те. В пробуренную скважину устанавливает- ся арматурный каркас и укладывается бетон- ная смесь. После достижения бетоном проект- ной прочности свая может воспринимать про- ектные нагрузки (осевые, вдавливающие, вы- дергивающие, горизонтальные). В зависимости от грунтовых условий и имеющегося бурового оборудования, опреде- ляющих технологию изготовления, буронабив- ные сваи подразделяются на несколько типов: БСС, изготовляемых в устойчивых глинистых грунтах (сухих); БСВГ — в неустойчивых гли- нистых грунтах (водонасыщенных) с закреп- лением стенок скважин глинистым раствором; БСВо — в неустойчивых грунтах (водонасы- щенных) с закреплением стенок скважин тру- бами, оставляемыми в грунте; БСИ — в не- устойчивых грунтах (водонасыщенных) с за- креплением стенок скважин извлекаемыми трубами; БССМ — в устойчивых глинистых грунтах (сухих) для малонагруженных зда- ний и сооружений. Типоразмеры буронабивных свай и наи- более распространенные марки бурового обо- рудования приведены в табл. 8.4. Вид и но- менклатуру буронабивных свай принимают в зависимости от их экономической эффектив- ности, грунтовых условий, вида и величины действующих нагрузок, а также способа про- изводства работ.
160 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ТАБЛИЦА 8.4. НОМЕНКЛАТУРА И ТИПОРАЗМЕРЫ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ Тип сваи Способ изготовления сваи Дигтметр сваи1, мм Марка бетона Длина сваи, м Оборудование. БСС Вращательным бурением в устой- чивых глинистых грунтах без за- крепления стенок скважин 500/1200 500/1400 500/1600 600/1600 200—300 10—30 Станки СО-2 800/1800 1000 1200 200—300 200 200 Станки СО-1200 БСВГ Вращательным бурением в не- устойчивых грунтах с закреплением стенок скважин глинистым раство- ром 600/1600 200—300 ' 10—20 Станки УРБ-ЗАМ БСВ0 Вращательным и ударно-канатным бурением в неустойчивых грунтах с закреплением стенок скважин трубами, оставляемыми в грунте 600/1600 800/1800 200—300 10—30 Станки УРБ-ЗАМ, УКС БСИ То же, с извлечением инвентарных обсадных труб 880 980 1080 1180 200 10—50 Установка СП-45 и станки зарубежных фирм БССМ Вращательным бурением в сухих устойчивых глинистых грунтах без закрепления стенок скважины 400 500 200 2—4 Ямобуры 1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения. Буронабивные сваи следует применять во всех случаях, когда имеются технико-эконо- мические преимущества перед другими видами фундаментов. В зависимости от грунтовых условий при- нимаются сваи: при необходимости прорезания грунтов мощностью более 20 м — БСС и БСВ0 длиной 20—-30 м, БСИ длиной 20—50 м; при перепаде кровли несущего слоя грун- та — все виды свай; при опирании свай на глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной кон- систенции, на скальные, полускальные и пес- чаные грунты и прорезании: слоя насыпи с твердыми включениями — БСВ0, длиной до 30 м и БСИ длиной 20—50 м; слоя просадоч- ных грунтов толщиной более 10 м — БСС дли- ной 12—30 м; слоя глинистых грунтов от мяг- копластичной до текучей консистенции толщи- ной более 10 м — БСВГ длиной 15—20 м, БСВ3 длиной 15—30 м и БСИ длиной 20—50 м; слоя набухающих грунтов — БСС длиной 10— 30 и и БССМ—длиной 3—6 м с уширенной пя- той. В зависимости от действующих условий принимаются следующие сваи: БСС, БСВо, БСИ при действии на сваю больших (более 100 кН) горизонтальных на- грузок, в том числе сейсмических; БСС диаметрами 500 и 1200 мм, БСВа диаметрами 600 и 800 мм; БСИ диаметрами 880, 980, 1080 и 1180 мм при строительстве на оползневых склонах; БСИ длиной до 20 м для фундаментов оборудования; БССМ для малонагруженных конструкций. В зависимости от условий производства работ буронабивные сваи применяются: при отсутствии забивных свай и оборудо- вания для их погружения; в стесненных условиях строительной пло- щадки, на которой невозможна забивка свай; при производстве работ вблизи существу- ющих зданий и сооружений, на которые не- допустимы динамические воздействия, возни- кающие при забивке свай; при необходимости усиления фундаментов существующих зданий. В зависимости от инженерно-геологичес- ких условий, особенностей проектируемого зда- ния или сооружения и внешних нагрузок, пе- редаваемых на фундаменты, буронабивные сваи армируются на полную длину, на часть длины или только в верхней части для связи с ростверком (табл. 8.5). Арматурные каркасы для буронабивных свай изготовляются, как правило, звеньями длиной 6—12 м. Конструкция арматурного каркаса буронабивной сваи приведена на рис. 8.4. Стык звеньев арматурных каркасов осу-
ТАБЛИЦА 8.5. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВИД АРМИРОВАНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ Вид армирования Эскиз Грунтовые условия Особые условия площадки Нагрузки н.а сваю выдергивающие сжимающие 1оризонталъвые сейсмические На всю глубину ' Ttj д J Слабые водонасы- щенные грунты по всей I лубине свай Наличие по глубине сваи карстовых пу- стот или подземных выработок Предопределяю- щие армирование на всю длину Напряжения в бето- не превышают вели- чины, указанные в СНиП П-21-75 с уче- том изменений СНиП 11-17-77 При растягиваю- щих напряжениях в бетоне t > 0,4 МПа В районах с сей- смичностью более б баллов (кроме свай БСВ ) 1 у2 . 0mM№3tf caw Верхней части сваи То же, в верхней ча- сти сваи на глубину ft Наличие в верхней части сваи карстовых пустот, подземпы?; выработок, каналов, подземных помеще- ний и т. д. на глуби- не h Воспринимаемые армированной частью сваи Напряжения в бето- не не превышают ве- личин, указанных в СНиП П-21-75 с уче- том изменений СНиП 11-17-77 То же, <7/< <0,4 МПа Отсутствуют П d 2 \ J, cbau Без армирования 1 л 1 fl j О/лмииза’ IftiGU Связные грунты с по- казателем текучести Отсутствуют Отсутствуют То же То же 3» Примечав и я: 1. При наличии по длине сваи карстовых пустот или подземных 2. На эскизах: 1 — выпуски арматуры; 2 — арматурные каркасы; 3 — отдельные выработок обсадные трубы оставляются в обязательном порядке, арматурные стержни; d — диаметр арматуры. 8.1. Номенклатира и область применения свай различных видов
162 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Рис, 8.4, Арматурный каркас буронабив- ной сваи 1 — продольная арма- тура; 2 — кольцо же- сткости; 3 — спи- раль; 4 — фиксатор защитного слоя ществляется с помощью сварки продольных стержней нижнего каркаса с кольцом жестко- сти, расположенным в нижней части верхнего звена. Предельная длина каркаса устанавли- вается с учетом принятой технологии изготов- ления и наличия соответствующего краново- го и транспортного оборудования. По имеющемуся опыту предельная длина арматурного каркаса для свай диаметром 500— 600 мм составляет 14 м, диаметром 1000—1200 мм — 10 м. Рекомендуемое число продольной арматуры и ее диаметры приведены в табл. 8.6. Для буронабивных свай применяют, как правило, литую бетонную смесь на мелком за- полнителе из бетона марок М150, М200 (наи- более распространенная) и М300. Геометрические характеристики и объемы буронабивных свай приведены в табл. 8.7, 8.8. Литая бетонная смесь укладывается в скважину методом вертикально перемещаю- щейся трубы (ВПТ) при непрерывной подаче ее до полного заполнения скважины. В мало-, влажных устойчивых глинистых грунтах до- пускается свободный_сбр_ос ,бетонн.ой„смеси в скважину через приемный бункер с направ- ляющим патрубком длиной примерно 2 м, ес- "ли не происходит обрушения грунта со стенок скважины и зависания бетонной смеси на ар- матурном каркасе. Возможность применения свободного сброса должна проверяться в на- чальный период производства работ в присут- ствии авторов проекта. При изготовлении свай типа БСИ необхо- димо, чтобы срок начала схватывания бетонной смеси был не менее 3 ч. Для сохранения тре- буемой пластичности и подвижности бетонной смеси следует использовать пластифицирующие и гидрофобные добавки. ТАБЛИЦА 8.6. МАТЕРИАЛЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДОЛЬНОЙ АРМАТУРЫ ДЛЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ Тип сваи Диаметр сваи, см Марка бетона Класс продольной арматуры Диаметр арматуры, мм Число продольных стержней, шт. Бссм 40 М150 А-I; A-II 12; 14 6 БСС БССм 50 М150 М200 А-П; А-Ш А-I; А-П 12. 14 6 БСС БСВГ БСВ0 60 Ml 50 М200 М300 А-П; А-Ш 14; 16; 18 6; 8; 10 БСС BCBQ 80 М200 М300 16; 18; 20 8; 10 : БСИ 88 98 М200 16; 18; 20 8; 10; 12 10; 12 БСС 100 М2оо» M30tf* 16; 18; 20 10; 12; 14 БСИ 108 118 М200 16; 18; 20; 22 16; 18; 20; 22; 25 12; 14; 16 БСС 120 М200 М300 16; 18; 20; 22; 25 12; 14; 16
8.1. Номенклатура и области, применения свай различных видов 163 ТАБЛИЦА 8.7. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ Тип сваи Диаметр, мм Площадь сечения, м- Высота ушире- ния, м Объем уширения, м3 ствола уширения ствола уширения 500 1200 1400 1600 0,196 1,130 1,540 2,015 0,67 0,439 0,565 0,708 БСС 600 800 1000 120'0 . 1600 1800 0,283 0,503 0,785 1,130 2,015 2,545 0,82 1,09 0,903 1,600 БСВГ 600 1600 0,283 2,015 0,60 0,679 БСВ0 600 800 1600 1800 0,283 0,503 2,015 2,545 0,60 0,80 0,679 1,196 БСИ 880 980 1080 1180 — 0,608 0,755 0,916 1,093 — — — БССМ 400 500 — 0,126 0,196 — — ТАБЛИЦА 8.8. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ОБЪЕМ БЕТОНА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ Тип сваи Диаметр сваи1, мм Объем бетона, м3, при длине свай, м 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 . 500 1,96 2,36 2,75 3,14 3,53 3,93 . 600 2,83 3,39 3,96 4,52 5,09 5,55 Ч — —ч. ' 500/1200 2,39 2,79 3,17 3,57 3,96 4,35 4,74 5,14 5,59 5,92 6,91 500/1400 2,51 2,91 3,30 3,69 4,08 4,48 4,87 5,26 5,66 6,05 8,44 БСС 500/1600 2,66 3,05 3,44 3,83 4,23 4,62 5,01 5,41 5,80 6,19 6,58 600/1600 3,67 4,24 4,80 .5,37 5,93 6,50 7,07 7,63 8,20 8,77 9,33 800/1800 5,37 7,39 8,38 9,39 10,39 11,39 12,40 13,40 14,41 15,41 16,41 1000 7,85 9,42 10,99 12,56 14,13 15,70 17,24 18,84 20,41 21,38 23,55 1200 11,30 13,56 15,82 18,08 20,34 22,60 24,86 27,12 29,30 31,64 33,90 БСВГ 600/1600 3,51 4,08 6,54 5,21 5,77 6,34 — — — — —— БСВ 600/1600 3,51 4,08 4,64 5,21 5,77 6,34 6,91 7,47 8,04 8,60 9,17 800/1800 6,12 7,12 8,12 9,12 10,13 11,14 12,14 13,14 14,15 15,15 16,16 880 12,16 13,37 14,59 15,80 17,00 18,20 БСИ 980 15,08 16,59 18,10 19,60 21,11 22,62 1080 —• — —- —— 18,31 20,14 21,97 23,81 25,64 27,47 1180 21,85 24,05 25,23 28,42 30,60 32,79 1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения. Транспортировать литую бетонную смесь для буронабивных свай следует в автобетоно- смесителях большой вместимости, применение которых обеспечивает укладку смеси в сква- жину без перегрузочных операций. Расстояние от места приготовления бетонной смеси до места ее укладки должно быть по возможно- сти не более 3 км. 8.1.5. Набивные сваи в уплотненном основании Уплотнением основания повышается несу- щая способность набивных свай, которая до- 11* стигает величин, соответствующих несущей способности забивных свай. Основание уплотняется путем пробивки скважин длиной 2—6 м, диаметром 40—80 см инвентарными коническими трубами с закры- тым нижним концом или литой булавовидной трамбовкой (рис. 8.5, а, в), либо путем уплот- нения забоя пробуренной скважины тяжелыми цилиндрическими трамбовками с втрамбовы- ванием при необходимости щебня (рис. 8.5,5). Такие сваи применяются в маловлажных устойчивых глинистых грунтах; они могут опи- раться на кровлю песчаных грунтов.
164 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Рис. 8.5. Трамбовки для пробивки скважин или уп- лотнения забоя а — булавовидная; б — цилиндрическая; в — кониче- ская 8.1.8. Пирамидальные сваи Пирамидальные сваи различных конструк- ций, как забивные, так и набивные в выштам- пованном основании, применяются по отрасле- вым стандартам, ведомственным инструкциям и индивидуальным рабочим чертежам. Как показано в работе [2], применение ко- ротких пирамидальных свай с большим углом наклона боковых граней целесообразно в рых- Рис. 8.5. Пирамидальные сваи а —с ненапрягаемой 'арматурой; б —с напрягаемой арматурой; 1 — арматурные сетки головы; 2 — про- дольная армазура; 3 — хомуты; 4 — штырь; 5 — петля; 6 — спираль острия лых и близких к ним песках, маловлажных ту- гопласти1шых глинистых грунтах, лессовых грунтах I типа по просадочности мощностью до 5 м при глубине промерзания до 1 м. Та- кие сваи могут применяться для фундаментов жилых домов до 9 этажей, фундаментов про- изводственных зданий (при количестве свай в кусте не более четырех), безростверковых фундаментов сельскохозяйственных зданий. Пирамидальные сваи изготовляются не- напрягаемыми с поперечным армированием ствола и с напрягаемым центральным стерж- нем без поперечного армирования ствола (рис. 8.6). Характеристика пирамидальных свай по проекту Одесского инженерно-строительного института приведена в табл. 8.9. ТАБЛИЦА 8.9. ХАРАКТЕРИСТИКА ПИРАМИДАЛЬНЫХ СВАИ Длина сваи, м Ширина сечения, см Площадь боковой поверх- ности, м2 Объем сваи, м3 Масса сваи, т верхнего торца нижнего торца 1,5 2,45 0,29 0,71 2 3,66 0,49 1,22 2,5 70 4,55 0,61 1,52 3 5,43 0,73 1,82 1Й хи 3,5 6,31 0,85 2,12 4 7,23 0,97 2,47 5 80 9,06 1,22 3,02 6 10,90 1,46 3,66 8.1.7. Прочие виды свай К прочим видам свай, имеющих специаль- ное применение и изготовляемых по индиви- дуальным проектам, относятся сваи без ост- рия, прямоугольные, булавовидные, керамзито- бетонные, деревянные. У свай без острия нижний конец армиру- ется так же, как и верхний. За счет исключе- ния острия несколько снижается трудоемкость изготовления свай, но уменьшение на 1—2 % расхода бетона перекрывается перерасходом цемента вследствие повышения марки бетона с М200—-М250 до М300 и увеличением расхо- да арматуры на 1—5 %. Кроме того, энерго- емкость погружения свай без острия пример- но на 30 % выше, чем свай с острием. Такие сваи длиной 3—12 м, сечением 30X30 см мо- гут применяться в пылеватых и мелких рыхлых и средней плотности песках, а также в глини- стых грунтах от текучей до тугопластичной консистенции. Сваи квадратного сечения без острия изготовляются по проекту НИИПром- строя СССР (ТУ 65.185-82 Минпромстрой). Прямоугольные сваи применяются в соо- ружениях, воспринимающих большие горизон- тальные нагрузки, в том числе в причальных, набережных, подпорных стенах, ограждающих конструкциях. Рабочая документация на пря-
8.2. 'Расчет свай и св-айных фундаментов 165 моугольные сваи сечением 25X35 см, длиной до 12 м разработана Мосинжпроектом (аль- , бом 44/62, инв. № 374б, ТУ 400-1-58-80). Булавовидные сваи длиной 6—12 м, сече- нием 30X30 см с уширением нижнего конца до 52X52 см, разработанные трестом Оргтех- строй Минстроя ЛатвССР, предназначены для увеличения несущей способности пяты сваи и могут применяться в рыхлых песчаных и мягкопластичных глинистых грунтах. Рабо- чая документация на булавовидные сваи раз- работана трестом Оргтехстрой Минстроя ЛатвССР (ТУ 21.0151-81 ЛатвССР). В ряде районов страны нашли применение керамзитобетонные сваи, в которых в качест- ве крупного заполнителя применен керамзит, что позволяет на 20—30 % облегчить вес свай и тем самым уменьшить их продольное арми- рование и применить более легкие молоты для погружения свай. В районах, где древесина является мест- ным строительным материалом, на площадках, сложенных слабыми грунтами, а также туго- пластичными глинистыми грунтами и песками средней плотности, при высоком уровне грун- товых вод целесообразно применение деревян- ных свай. Применять эти сваи допускается для капитальных зданий и сооружений при усло- вии постоянного положения голов свай ниже наинизшего горизонта подземной воды не ме- нее чем на 0,5 м и для временных зданий и сооружений независимо от уровня подземной воды и при сооружении высоких ростверков в водоемах, где отсутствуют древоточцы. Деревянные сваи изготовляются из лесо- материалов хвойных пород (сосны, лиственни- цы, пихты, ели) и могут быть цельными и со- ставными одноствольными диаметром 18—40 см; цельными и составными пакетными, сос- тоящими из двух—четырех стволов, диаметром 32—80 см; одноствольными с уширенной пятой. Наибольшая длина цельных деревянных сван 8,5 м, составных — 25 м. 8.2. РАСЧЕТ СВАЙ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Сваи и свайные фундаменты рассчитыва- ют по предельным состояниям двух групп. По предельным состояниям первой группы опре- деляют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков, ус- тойчивость свай и фундаментов; по предель- ным состояниям второй группы рассчитывают осадки оснований свайных фундаментов, гори- зонтальные перемещения свай и фундаментов, образование или раскрытие трещин в железо- бетонных сваях и ростверках. 8.2.1. Методы определения несущей способности свай и область их применения Несущая способность свай на вдавливаю- щую нагрузку определяется согласно СНиП 11-17-77 следующими способами: по характеристикам грунтов основания [табл. 1 и 2, формулы (4) и (7)]; динамическим [формулы (17) и (18)]; по данным статического зондирования [формулы (20) — (24)]; по результатам статических испытаний на- турных и эталонных (инвентарных малого се- чения) свай [формулы (15) и (16)]. При установленной несущей способности по формуле (1) СНиП 11-17-77 вычисляется расчетная нагрузка, воспринимаемая сваей по грунту. Для предварительного определения расчет- ной нагрузки на забивную сваю по характера-, стикам грунтов основания можно воспользо- ваться рис. 8.7, а по динамическому методу— таблицами приложения 5 Руководства [3j. Графики, приведенные на рис. 8.7, составлены для забивной сваи сечением 30X30 см, расчет- ная нагрузка на которую определяется как сумма расчетных нагрузок, воспринимаемых нижним концом Fvi и боковой поверхностью сваи Fv2. Для забивных свай других сечений расчетная нагрузка определяется по формуле Л> = 0,833/%2цр--|- 11 ,1FVIA, (8.1) где Fv„ и F — расчетная нагрузка, воспринимае- мая соответственно боковой поверхностью и нижним концом сваи сечением 30X30 см и определяемая по рис. 8.7; iipt Д—периметр, м, и площадь попереч- ного сечения, м2, нижнего конца сваи. При прорезании сваями разнопрочных грунтов Fvi каждого слоя грунта принимается как разность между расчетными нагрузками, соответствующими подошве и кровле слоя. Результаты многочисленных сопоставлений несущих способностей свай, определяемых пе- речисленными методами, показали, как видно из табл. 8.10, что наиболее достоверным, но более дорогим и длительным “методом явля- ются статические испытания свай, наименее достоверными и наиболее дешевыми — мето- ды динамический и по характеристикам грун- тов основания. Статические испытания натурных, свай следует проводить на стадии изысканий в це- лях наиболее достоверного определения объе- мов и стоимости фундаментов в следующих случаях: при количестве свай на объекте более 1000; при слабых грунтах большой (более 10 м) мощности; при сваях длиной более 15 м; для уникальных и очень тяжелых (более
166 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов FvitKH WO 350 300 250 200 150 100 50 0 -50 100 150 200 250 300 350 WOF^.kH / 7 Для песков Для песков Для песков ‘ > х / ^^иа***'** к . f /ПГ / 1 \ х / \ / 1 и \ X, г \Х 1 / S \ 4 '%. 1 0 П V / J 4Л \ Ч. Чч / Ш // X. / / / *4^ 1 S " и Гэ ... -rZf Г = о,1 i kw,2 jit = 0.3 //z=4« J ПтвдУдДб 15 \ П = О,6 Ср.киуп- Мелкие Пыле- fi3, м Пылеватые пости витые Рис. 8.7. К предварительному определению расчетной нагрузки на забивную сваю сечением 30X30 см по характеристикам грунтов основания 20 000 кН на колонну) зданий и сооружений; для опирающихся на сжимаемый грунт свай, на которые предполагается допустить нагрузки, соответствующие прочности матери- ала на сжатие; при прорезании лессовых грунтов II типа по просадочности. В лессовых грунтах II типа по просадоч- ности статические испытания натурных свай, которые должны полностью прорезать проса- дочную толщу, следует проводить с длитель- ным полным замачиванием грунтов до проявле- ния просадок и их стабилизации. Размеры за- мачиваемого котлована в плане принимаются не менее толщины слоя просадочных грунтов. Если по каким-либо причинам проведение ста- тических испытаний на стадии изысканий ока- ТАБЛИЦА 8.10. РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ зывается невозможным, они должны быть про- ведены в начальный период строительства. Статические испытания эталонных свай следует проводить только в процессе изыска- ний на стадии проекта при двухстадийном проектировании и на стадии рабочей докумен- тации при одностадийном проектировании в случаях, когда предполагается проектирова- ние свай длиной до 15 м. Для крупных объектов испытания эталон- ных свай следует проводить в сочетании с натурными испытаниями свай в начальный пе- риод строительства, что дает существенный экономический э ф ф ект. Статическое зондирование является неотъ- емлемой частью изысканий на всех стадиях проектирования и должно использоваться для определения несущей способности свай длиной до 15—20 м. Динамические испытания и расчет по ха- рактеристикам грунтов основания могут ис- технико-экономические ПОКАЗАТЕЛИ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ Метод Единица измерения Средняя продолжи- тельность определения, смен Средняя стоимость определения, руб. Машины или оборудование Относительная (в долях единицы) несущая способность в грунтах глинистых песчаных Испытание пробных свай статической на- грузкой ...... 1 испытание 6,5 1023 Кран, копер, 1 1 Испытание производ- ственных свай стати- ческой нагрузкой . . то же 6,5 543 балки, компрес- сор, сварочный агрегат Кран, балки, ком- 1 1 Испытание эталон- ных свай статической нагрузкой 1,5 7G2 прессор свароч- ный агрегат Копер КСМ-12, 0,83 0,76 Статическое зонди- рование грунтов . . 1 точка зон- 0,25 54 балки Установка С-979 0,76 0,73 Расчеты по табл. I и 2 СНиП 11-17-77 . дарования 1 расчет 0,1 1,5—2,5 0,6 0,65 Динамические испы- тания свай .... 1 испытание 0,1 180 Копер 0,62 0,58
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов пользоваться только для предварительной ори- ентировочной оценки несущей способности свай. Использование динамических испытаний оправдано в сочетании со статическими испы- таниями свай для определения степени неод- нородности грунтов в пределах объекта и кон- тролирования расчетной нагрузки на производ- ственные сваи, определяемой с учетом поправочного коэффициента, устанавливаемого в сопоставлении со статическими испытания- ми. При наличии нескольких методов опреде- ления несущей способности свай их следует использовать в следующем порядке: статичес- кие испытания натурных свай, статические ис- пытания эталонных свай, статическое зондиро- вание, динамические испытания, расчет по ха- рактеристикам грунтов основания. Каждый последующий метод используется для опреде- ления расчетной нагрузки при отсутствии пре- дыдущего метода. Для предварительной оценки целесооб- разности применения какого-либо вида свай- ного фундамента расчетную нагрузку на сваю можно принять по табл. 8.11, в которой мень- шие значения расчетных нагрузок на сваи со- ТАБЛИЦА 8.11. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ НА СВАЮ Свая Параметры свай Нагрузка2, кН размер сечения или диаметр1, см длина, м прочность ствола по материа- лу, кН при гравелистых крупных песках и глинистых грун- тах с /£=0,0-4-0,1 при песках сред- ней крупности и глинистых грун- тах с I^—0,2—0,3 при мелких пыле- ватых песках и глинистых грунтах е /£=о,4-—О,5 25X25 4,5—6 650 500—800 300—400 15ii—300 5—10 3—5 30X30 3—12 700—1000 300—600 200—400 Забивная квадратно- го сечечхя по ГОСТ 19804.1—79 1000 10—15 600—1200 5—10 350—500 35X35 10—16 1850 1300—1850 30—50 15—20 40X40 13—20 1400—2000 900—1300 600—800 2000 35—60 20—25 1050 300—1050 200—800 40 4—12 600—1050 30—50 20—30 50 400—1350 300—1350 Полая круглая по ГОСТ 19804.5—83 и ГОСТ 19804.6—83 4—12 1350 700—1350 60-80 600—2000 30—50 400—ТПП 60 4—12 2000 1000—2000 100—150 80—100 4—12 1100—3700 600—3700 80 3700 1800—3700 200—250 120—150 200—1200 200—1100 150—1000 50 1400 60—80 40—60 300—1900 250—1800 200—1800 60 2000 100—150 80—100 Буронабивная без уширения 500—2800 400—2700 350—2500 80 10—30 3500 200—250 100—150 .... 800—3800 600—3500 550—3300 . 100 3500 300—400 250—300 120 8000 900—4500 800—4200 1100—4950 400 300 50/120 и 50/160 1400 900—1400 650—1400 500—1400 60—80 40—60 Буронабивная с уши- 60/160 10—30 1700—2000 1150—2000 950—200 ренной пятой 2000 100^150 80—100 80/180 3500 2000—3500 1500—3500 200—250 1200—3500 100—150 1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой «» диаметр уширения. . 8 Над чертой приведены значения вдавливающей нагрузки, дод чертой —- горизонтальной.
168 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ответствуют более слабым грунтам и меньшим длинам свай, а расчетные нагрузки для буро- набивных свай определены для глинистых грунтов. 8.2.2. Расчет свай на горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты Расчет на горизонтальную нагрузку свай со свободным верхним концом (шарнирное со- пряжение сваи с расположенными выше кон- струкциями) выполняется согласно приложе- нию к СНиП 11-17-77 (ниже указываются но- мера формул из него) в следующем порядке: определяются исходные расчетные харак- теристики — коэффициенты постели грунта, прорезаемого сваей и под ее нижним концом, коэффициент деформации, приведенная глуби-, на погружения и условная рабочая ширина сваи [формулы (3) — (6)]; устанавливаются расчетные нагрузки при- менительно ко второму предельному состоя- нию; Рис. S.8. К определению коэффициента деформации ad вычисляются горизонтальные перемещения и углы поворота сван от единичных сил, дей- ствующих на уровне поверхности грунта [фор- мулы (11)—(13)]; вычисляются горизонтальное перемещение и угол поворота сваи на уровне поверхности грунта или подошвы низкого ростверка от действующих расчетных нагрузок [формулы (9) и ('10)]; определяются горизонтальное перемещение и угол поворота сваи на уровне, ее верха от действующих расчетных нагрузок [формулы (7) и (8)]; вычисленные перемещения сопоставляются с допустимыми предельными (завершается расчет по второму предельному состоянию); устанавливаются расчетные нагрузки при- менительно к первому предельному состоя- нию; определяются расчетные усилия, действую- щие в сечении свай на различной глубине, и давление на грунт по контакту с боковой по- верхностью сваи [формулы (16) — (19)]; производится расчет устойчивости основа- ния, окружающего сваю [формулы (14) и (15)]; по наибольшим расчетным усилиям в се- чении проверяется прочность материала сваи в соответствии со СНиП 2.02.01-83 и с реко- мендациями настоящей главы Справочника (завершается расчет по первому предельному состоянию). При жесткой заделке сваи в ростверке (при отсутствии поворота ее головы) расчет на горизонтальную нагрузку производится в той же последовательности с учетом допол- нительного момента, возникающего в голове сваи и направленного в сторону, противопо- ложную направлению горизонтальной силы [формула (20)]. В Руководстве [3] приведен табличный метод расчета свай на горизонтальную на- грузку, ускоряющий расчет. Для облегчения расчета наиболее распро-
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов 169 страненных сечений забивных и набивных свай на горизонтальную нагрузку составлены гра- фики для определения: коэффициента деформации а<г по формуле (6) (рис. 8.8); горизонтального перемещения сваи и на уровне поверхности грунта по формуле (9) (рис. 8.9); наибольшего дополнительного момента, возникающего в свае от действия горизонталь- ной силы на уровне поверхности грунта, по формуле (17) (рис. 8.10); момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота, по формуле (20) (рис. 8.11). На рис. 8.8 для определения коэффициен- та деформации каждая кривая соответствует конкретному сечению сваи. Значение ад опре- деляется по заданному коэффициенту пропор- циональности Кр, откладываемому на оси абс- цисс, от которой восставляется перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей за- данному сечению. Графики (см. рис. 8.9) для определения горизонтального перемещения сваи на уровне поверхности грунта составлены для свай с приведенной глубиной погружения dp>4 при КР = 500-ь 1200 кН/м4. При промежуточных зна- чениях Кр горизонтальное перемещение уста- навливается по линии, соответствующей бли- жайшим меньшим значениям Кр. Горизонтальное перемещение и определя- ется раздельно от горизонтальной силы Fh и момента 7И0, действующих на уровне поверх- ности грунта, а затем суммируется. Наибольший дополнительный момент Мс определяется следующим образом: по соответ- ствующему найденному из рис. 8.8 значению ад на оси абсцисс (рис. 8.10) откладывается заданная величина Fh и из этой точки восстав- ляется перпендикуляр до пересечения с прямой, соответствующей заданному отношению MQ/Fh', точка пересечения определяет значение 7ИС. Отношение M^/Fh введено для упрощения по- строения графиков. Абсолютная величина наибольшего момен- та, действующего в сечении сваи, определяет- ся как сумма моментов Л40 и Мс. Между значениями Мс и Fh установлена прямая пропорциональная зависимость и вы- явлено, что глубина приложения Л4С изменяет- ся от сГ = 1,34-1,5 при Mo/Fh = O до — -i-0,3 при Ma/Fh= 100. Выполненные расчеты показали, что значение Мс существенно увели- чивается с уменьшением коэффициента дефор- мации ад и отношения MQ/FV, но незначитель- но уменьшается с увеличением d.p от 2,5 до 4. Поэтому решено графики составить для при- веденной глубины d' =4. Порядок пользования рис. 8.11 для опре- деления момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота, следующий: на левой половине оси абсцисс откладывается за- данное значение Fh, от которого восставляется перпендикуляр до пересечения с прямой, соот- ветствующей заданной приведенной глубине с[' , из точки пересечения проводится горизон- тальная прямая до прямой, соответствующей заданному коэффициенту ад, и из этой точки опускается перпендикуляр до оси абсцисс, оп- ределяющий величину Мс. Пример 8.1. Определить горизонтальное переме- щение сван с шарнирной заделкой и проверить ее. на прочность. Исходные данные: свая С6-30 по ГОСТ 19804.1—79 из бетона М200 и с продольной арматурой 401OAII погружена в суглинки с показателем текуче- сти Iд =0,35 на 5,7 м. На уровне поверхности грунта на сваю действует расчетная горизонтальная нагруз- ка 20 кН и вдавливающая сила 500 кН. Сопряжение с ростверком шарнирное. Коэффициент надежности по нагрузке при расчете по второму предельному состоянию V^=l, по первому предельному состоянию Vy= 1,2. Предельное горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта равняется 1 см. Решение. По СНиП II-17-77 находим коэффициент пропорциональности: = 5000 + (8000 — 5000) 1,56/6 = 6000 кН/м1. По рис. 8.8 для сваи сечением 30X30 см при /С =6000 кН/м4 определяем коэффициент деформации г' а ^=0,8 м-1- Тогда приведенная длина dp=a д dp~ = 0,8-5,7=4,56. По рис. 8.9 для dp>4 и Кр=6000 кН/м' при A’/f— =20 кН находим горизонтальное перемещение сваи на уровне поверхности грунта ц=5,5 мм, что меньше предельного перемещения (1 см). Определяем нагрузку на сваю для расчета по первому предельному состоянию: Fh = 20-1,2 = 24 кН; = 500-1,2 = 600 кН. По рис. 8.10 для MJF^=0 и а ^ =0,8 м ~при /г;=24 кН находим наибольший расчетный момент в сечении сваи; Л1 ^=23 кН-м. По черт. 3 прил. 2 к ГОСТ 19804.1—79 убеждаем- ся, что при F 1; =600 кН и Л1=23 кН-м прочность ма- териала сваи в эксплуатационный период обеспечи- вается при стандартном армировании сваи. Пример 8.2. Определить горизонтальное переме- щение сваи с жесткой заделкой и проверить ее на прочность. Исходные данные: верх сваи жестко за- делан в ростверк. Остальные данные те же, что и в примере 8.1. Решение. По рис. 8.11 для F, =24 кН, d =4 и пр а ^=0,8 м 1 определяем момент, действующий на сваю в плоскости заделки ее в ростверк при отсут- ствии поворота головы сваи, /И =—20 кН-м. Горизонтальное перемещение верха сваи на уров- не поверхности грунта, определенное по рис. 8.9, « = 5,5 мм от Fp=20i<H;u=—2,7 мм от Мр=—20 КН-м. Суммарное перемещение и = 5,5—2.7=2,8 мм, что мень- ше предельного перемещения 1 см. Наибольший расчетный момент действует на сваю в плоскости заделки ее в ростверк н равен 24 кН-м. По черт. 3 прил. 2 к ГОСТ 19804.1—79 убежда- емся, что при F [} =600 кН и Л4 = 24 кН-м прочность материала сваи в эксплуатационный период обеспе- чивается при стандартном армировании сваи.
170 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов Рис. 8.9. К он ре делении» гаризон" тального перемещении на уровне поверхности грунта свай сечением (диаметром), см а — 30X30, rf/>4; 6 — 35X35. Р , Р ; >4; 6 — 40X40, ^>4; г — 40, йр> 4;
Кр, кН/и
Рис. 8.9. К определе- нию горизонтального перемещения на уро- вне поверхности грунта свай сечением (диаметром),. см д-50, <f>4. е_60, dp .?••• 4; oic — 80, d р =4; з — 80, dp>i ют кр,кн/ьг Глава 8. Проектирование свайных"фундаментов

174 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов М, кН- М Н^’ ЧН ОН 091 ОО’г От ОП 0U ОН 001 06 OS 01 09
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов Рис, 8Л0. К определению наибольшего дополнительного момента, возникающего в свае от действия горизонтальной силы на уровне поверхности грунта a — ad = o,3; б — ad = 0,4;' в — = 0,5; с —а^ = 0,6; д — ad = 0,7; е —arf = 0,8
М, кН- м Рис. 8.10. К определению наибольшего дополнительного момента, возникающего в свае от действия горизонтальной силы на уровне поверхности грунта а — а ,=0,3- б —а,=0,-1; б — а =0,5; г — а =0,6; <3 —-'-л 7; е — 0 , =0,8 а и a Lt a Глава 8. Проектирование свайных''фундаментов
S.2. Расчет свай и свайных фундаментов 177 Рис. 8.11. К определению момента, возникающего в голове сваи при отсутствии ее поворота §.2.3. Расчет свай по прочности и раскрытию трещин Расчет забивных свай по государственным стандартам произведен на усилия, возникающие при подъеме свай на копер за одну точку, рас- положенную на расстоянии 0,294 длины сваи от ее торца: по прочности; по кратковременному раскрытию трещин до 0,3 мм при ненапрягаемой и стержневой напрягаемой арматуре; по образованию трещин при проволочной и канатной арматуре. Расчет выполнен в соответствии с указа- ниями СНиП 2.02.01-83. При этом коэффициент перегрузки к весу сваи принят равным 1, ко- эффициент динамичности при расчете по проч- ности — 1,5, при расчете по раскрытию тре- щин — 1,25. Для проверки прочности свай при расчет- ных нагрузках, действующих в строительный и эксплуатационный периоды, составлены гра- фики, приведенные: для забивных свай квадратного и полого сечения и свай-оболочек — в соответствующих ГОСТ 19804.1—79 —ГОСТ 19804.6—83; для забивных свай сечением 35x35 и 40х Х40 см с повышенным продольным армирова- нием — на рис. 8.12; Рис. 8.12. К определению прочности материала свай сечением 35x35 см (пунктирные линии) и 10x40 см (сплошные ли- нии) с повышенным про- дольным армированием
178 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов о] 3) для буронабивных свай — на рис. 8.13. \f Все графики составлены без учета продоль- ного изгиба сваи из условия, что она полно- стью погружена в грунт. Графики, приведенные в ГОСТах, позво- ляют также проверить сваи с напрягаемой проволочной и канатной арматурой на обра- зование трещин, а остальные сваи на длитель- ное раскрытие трещин до 0,2 мм. Порядок пользования графиками следую- щий: находится точка пересечения расчетных значений изгибающего момента М и вдавли- вающей силы, действующей на сваю Np, от- кладываемых на оси ординат и оси абсцисс; кривая сверху, ближайшая к точке пересечения, соответствует .требуемому армированию сваи. Сваи квадратного сечения с увеличенным продольным армированием допускается прини- мать в безростверковых фундаментах, сваях- колоннах и при воздействии повышенных гори- зонтальных нагрузок. Проверка составных свай серии 1.011.1-7 по прочности и раскрытию трещин производит- ся по чертежам прил. 2 к ГОСТ 19804.1—79 при продольном армировании верхнего звена. Определенная по графикам прочность матери- ала составных свай должна снижаться на 20 % на каждый стык. 8.2.4. Расчет осадок свайных фундаментов Осадка фундамента из висячих свай рас- считывается как для условного фундамента на естественном основании, заложенного на от- метке нижних концов свай, в соответствии с п. 7 СНиП II-17-77 (указания п. 7 правильнее относить только к расчету осадки свайного куста). Ленточные свайные фундаменты (одно — трехрядовые) следует рассчитывать в соответ- ствии с рекомендациями п. 7 Руководства [3]. Фундаменты из свайных полей размером более 10X10 м рекомендуется рассчитывать по схеме линейно-деформируемого слоя в соответ- ствии с указаниями СНиП 2.02.01-83. При этом размеры условного фундамента следует прини- мать равными размеру ростверка в плане, а расчет производить по среднему давлению на основание в плоскости подошвы плитного рост-
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов 179 Р 0.8 // 2.0 з.г о.р О.д^п,МИ, ‘ . * -Л * / у/ - Рис. 8.13. К определению прочности материала бу- ронабивных свай, изготовляемых сухим способом из бетона марки М200, различным диаметром а — 500 мм; 6 — 600 мм с 6 стержнями; в — 600 мм с 8 стержнями; г — 600 мм с 10 стержнями; д — 800 мм с 10 стержнями; е — 1000 мм с 10 стержнями; ж— 1000 мм с 12 стержнями; з—1000 мм с 14 стерж- нями; и — 1200 мм с 12 стержнями; к — 1200 мм с 16 стержнями верка, увеличив расчетную толщину слоя на величину, равную глубине погружения свай, и приняв модуль деформации слоя, прорезаемого сваями, равным бесконечности или модулю де- формации материала сваи. При этом расчет- ная толщина слоя принимается по формуле (8) прил. 2 к СНиП 2.02.01-83: Я=(ЯО + Ф6)^, (8.2) где — коэффициент, принимаемый для песчаных и глинистых грунтов соответственно равным: 0,10 и 0,15 при расчетном модуле деформации сжимаемой толщи £>20 МПа; 0,50 и 0,75 прн £<20 МПа; Но — пара- метр, принимаемый для песчаных грунтов равным 6 м, а для глинистых 9 м; ^^ = 1,2. Расчетный модуль деформации грунта сжи- маемой толщи вычисляется по СН 261-77, со- гласно которым модуль деформации, опреде- ленный по данным изысканий, умножается на повышающий коэффициент 1,5 для песчаных и крупнообломочных грунтов, 1,3 для твердых и полутвердых глинистых грунтов и 1,2 для ту- гопластичных глинистых грунтов. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю в свайном поле, определяется по формуле (1) СНиП II-17-77; Fv = F/ld, (8.3) где F— расчетная несущая способность грунта осно- вания одиночной сван; у g — коэффициент надежности по грунту, принимаемый во всех случаях равным 1. Пример 8.3. Требуется определить осадку фунда- мента. Расчетные нагрузки на фундамент силосного корпуса размером в плане 36X24 м равны: 1-е соче- тание N=310 000 кН; 2-е сочетание М=236 000 кН; М=642 000 кН-м; £д=3200 кН; G=15 000 кН; коэф- фициент надежности по нагрузке yj =1,25. Грунты основания представлены мягкопластичными суглин- ками мощностью 5 м с характеристиками: Тц = = 17,9 кН/м3; ф = 12в; с =0,012 МПа; е = 1,05; 1 д=0,75; £=5 МПа; v=0,35. Грунты основания подстилаются пластичными супесями мощностью 25 м с характе- ристиками: Vjj = 19,l кН/м3; (р = 21°; с п =0,003 МПа; е=0,65; I =0,40; £=12 МПа; v=0.30. Фундамент при- нят нз свай марки С6-30 по ГОСТ 19804.1—79. Несу- щая способность сваи £=500 кН определена по дан- ным статических испытаний. Глубина заложения сваи rf=7 м. Высота ростверка h с = 1,5 м. Решение. Расчетная нагрузка на сваю, допускае- мая по грунту, Fr=F!y ^.,=500/1=500 кН. Требуемое число свай при 1-м сочетании нагру- зок с учетом веса ростверка г. = (М + GVf)IFv = '310 000 -4- 15 000.1,25)/500 = — 658 шт. Принимаем шаг свай вдоль меньшей стороны 1,2 м, вдоль большей стороны 1,25 м. Общее число свай 30-22=660 шт. Размеры ростверка в плане 38,2X26,2 м. Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю при 2-м сочетании нагрузок, Np = (W + GWn +(M + Fh hc) = = (236 000 + 15 000-1,25)/660+ (642 000 + 3200-1,5)X X 12,6/38 258 = 593 кН < 1,?£ — 600 кН; здесь i-, — расстояние от центра тяжести свайного ноля до оси сваи.
180 Глава 8. Проекгирование свайных фундаментов Расчетное сопротивление грунта основания в плоскости нижних концов свай определяем по фор- муле (7) СНиП 2.02.01—-83, из табл. 4 которого М = =0,55; Л1д = 3,24; 7ИС=5,84 и из табл. 3 ?с1=1,1; Vc2=l. Тогда R = VC1 VC2 К *2 % + Mg dl VH + Мс Cu}lk= = 1,1-1 (0,56-1-26,2-19,1 -J- 3,24-7-17,9 -J- 5,84-3)/1,1 = = 704 кПа = 0,7 МПа. Среднее давление на основание от сооружения с учетом веса плитного ростверка (15 000 кН), свай (10 000 кН) и грунтов в межсвайном пространстве (107 000 кН): р = (ДГ/Т/ + G )/А = (310 000/1,15 + + 132 000)/(38,2-26,2) = 0,38 МПа</? = 0,7 МПа. Следовательно, расчет деформаций основания до- пускается вести по схеме линейно-деформируемого слоя конечной толщины. Проверяем давление под краем условного фунда- мента при частичном загружении силосного корпуса и действии ветра: Р = (Л7?/ + С)/Л + W ) = = (236 000/1,25+ 132 000)7(38,2-26,2) + + 642 000-6/(1,25-38а-26,2) =322 + 81 =403 кПа = = 0,4 МПа < 1,2/?. Расчетная толщина слоя по формуле (8.2) // = 9 + 0,75-26,2 = 28,6 м. Среднее давление под подошвой ростверка р= (Л//?/ + О)/А = (31 000/1,25 + + 15 000)+(38,2-26,2) = 263 кПа = 0,263 МПа. Расчетная осадка фундамента по СНиП 2.02.01-83 X 0,8 0,507 23,3 см < su = 40 см. Если под нижними концами свай залега- ют грунты с модулем деформации £>20 МПа и доля временной многократно прилагаемой нагрузки не превышает 40 % общей нагрузки, осадку фундамента из свайного поля допуска- ется определять по формуле s=0,12pd/£, (8.4) где р — среднее давление, на основание на уровне подошвы плитного ростверка, МПа; Ь — ширина или диаметр плитного ростверка, см; Е—средневзвешен- ный модуль деформации сжимаемой толщи под ниж- ними концами свай, равной ширине или диаметру ростверка. При разнородном основании модуль де- формации + (8.5) где Е\, Ег, ..., £ £ —модули деформации соответству- ющих слоев; h\, hi, .... h- —толщина слоев; fei,- ......— коэффициенты, принимаемые в зави- симости от Глубины расположения слоя: Глубина рас- положения слоя (в долях от Ь) ..... 0—0,2 0,2—0,4 0,4—0,6 0,6—0,8 0,8—1 1 0,85 0,6 0,5 0,4 Формула (8.4) получена эксперименталь- ным путем на основании обработки результа- тов наблюдений за осадками силосных корпу- сов, промышленных труб и многоэтажных зда- ний, возведенных на фундаментах из свайных полей. Многочисленные факторы (вид, размер, жесткость и число свай, расстояние и взаимо- влияние между ними, вид и жесткость рост- верка и др.), влияющие на осадку куста свай, можно учесть воспользовавшись методом X. Паулоса [4], разработанным для песчаных и глинистых грунтов, за исключением рыхлых песков и илов. Расчет осадки свайного фундамента по методу Паулоса проводится в следующем по- рядке: вычисляется коэффициент жесткости свай k= Epka! Е(8.6 где ka—коэффициент сплошности, равный для) сплошных свай 1; ТАБЛИЦА 8.12. КОЭФФИЦИЕНТ ВЛИЯНИЯ / НА ОСАДКУ ВИСЯЧИХ СВАИ В ПОЛУБЕСКОНЕЧНОМ ПРОСТРАНСТВЕ гр ьу Значение I при k 10 100 1000 10 000 100 000 1 0,522 0,470 0,463 0,463 0,463 2 0,441 0,384 0,363 0,362 0,361 5 0,371 0,262 0,221 0,219 0,219 10 0,340 0,182 0,147 0,142 0,142 25 0,300 0,146 0,065 0,075' 0,075 50 0,260 0,132 0,062 0,046 0,044 100 0,206 0,115 0,052 0,029 0,026 200 0,154 0,097 0,047 0,021 0,016 по табл. 8.12 находится коэффициент влия- ния / в зависимости от k и отношения 1Р1ЬР (отношение длины к диаметру сваи); определяется осадка одиночной сваи Sp = NpI/(bpEy, (8.7) по табл. 8.13 для висячих свай или по табл. 8.14 для свай-стоек находится коэффи- циент постели ks; определяется осадка куста свай в несущем слое s1 — kssp; (8.8) по табл. 8.15 в зависимости от отношений li/bv и lp/bp находится значение I'^/lp, и, вы- числив с использованием этого значения отно- шение I’Jbp, по отношению определяем значение /& по табл. 8.16; вычисляется осадка подстилающего слоя <8-9> находится полная осадка куста свай как сумма осадок куста в несущем и подстилаю^ щем слое.
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов 181 ТАБЛИЦА 8.13. КОЭФФИЦИЕНТ kg ДЛЯ КУСТОВ ВИСЯЧИХ СВАИ С ЖЕСТКИМ РОСТВЕРКОМ ч> ЬР Ч. ЬР Значение k& при числе свай в кусте 4 1 9 1 16 1 25 и коэффициенте k 10 100 1000 10 000 10 100 1000 10 000 10 100 1000 10 000 10 100 1000 10 000 10 2 5 10 1,83 1,40 1,21 2,25 1,73 1,39 2,64 1,88 1,48 2,62 1,90 1,50 2,78 1,83 1,42 3,80 2,49 1,76 4,42 2,82 1,97 4,48 2,86 1,99 3,76 2,26 1,63 5,49 3,25 2,14 6,40 3,74 2,46 6,53 3,82 2,46 4,75 2,68 1,85 7,20 3,98 2,53 8,48 4,70 2,95 8,68 4,75 2,95 25 2 5 10 1,99 1,47 1,25 2,14 1,74 1,46 2,65 2,09 1,74 2,87 2,19 1,78 3,01 1,98 1,49 3,64 2,61 1,96 4,84 3,48 2,57 5,29 3,74 2,73 4,22 2,46 1,74 5,38 3,54 2,46 7,44 4,96 3,42 8,10 5,34 3,63 5,40 2,95 1,98 7,25 4,48 2,98 9,28 6,50 4,28 11,25 7,03 4,50 50 2 5 10 2,43 1,73 1,38 2,31 1,81 1,50 2,56 2,10 1,78 3,01 2,44 2,04 3,91 2,46 1,74 3,79 2,76 2,04 4,52 3,51 2,72 5,66 4,29 3,29 5,58 3,16 2,08 5,65 3,72 2,59 7,05 5,11 3,73 8,94 6,37 4,65 7,26 3,88 2,49 7,65 4,74 3,16 9,91 6,64 4,76 12,66 8,67 6,04 9 2,56 2,31 2,26 3,16 4,43 4,05 4,11 6,15 6,42 6,74 6,50 9,92 8,48 8,40 10,26 14,35 100 5 1,88 1,88 2,01 2,64 2,80 2,94 3,38 4,87 3,74 4,05 4,98 7,54 4,68 5,16 6.75 10,55 10 1,47 1,56 1,76 2,28 1,96 2,17 2,73 3,93 2,45 2,80 3,81 5,82 2,98 3,68 5,00 7,88 ТАБЛИЦА 8.14. КОЭФФИЦИЕНТ * g ДЛЯ КУСТОВ СВАЙ-СТОЕК С ЖЕСТКИМ РОСТВЕРКОМ 1р ч Значение kg при числе свай в кусте 4 9 16 1 25 Ьр ЬР и коэффициенте k 10 100 1000 10 000 10 100 1000 10 000 10 100 1000 10 000 10 100 1000 10 000 о 1,52 1,14 1,00 1,00 2,02 1,31 1,00 1,00 2,38 1,49 1,00 1,00 2,70 1,63 1,00 1,00 10 5 1,15 1,08 1,00 1,00 1,23 1,12 1,02 1,00 1,30 1,14 1,02 1,00 1,33 1,15 1,00 1,00 10 1,02 1,01 1,00 1,00 1,04 1,02 1,00 1,00 1,04 1,02 1,00 1,00 1,03 1,02 1,00 1,00 2 1,86 1,62 1,06 1,00 2,84 2,57 1,16 1,00 3,70 3,28 1,33 1,00 4,48 4,13 1,60 1,00 25 5 1,36 1,38 1,08 1,00 1,67 1,70 1,16 1,00 1,94 2,00 1,23 1,00 2,15 2,23 1,28 1,00 10 1,14 1,15 1,04 1,00 1,23 1,26 1,06 1,00 1,30 1,33 1,07 1,00 1,33 1,38 1,00 1,00 2 2,49 2,24 1,59 1,00 4,06 3,59 1,96 1,00 5,83 5,27 2,61 1,00 7,62 7,00 3,41 1,00 50 5 1,78 1,73 1,32 1,00 2,56 2,56 1,72 1,00 3,28 3,38 2,16 1,00 4,04 4,23 2,63 1,00 10 1,39 1,43 1,21 1,00 1,78 1,87 1,46 1,00 2,20 2,29 1,71 1,00 2,62 2,71 1,97 1,00 9 2,64 2,26 1,81 1,00 4,40 3,96 3,06 1,00 6,24 5,89 4,61 1,00 8,18 7,91 6', 40 1.00 100 1,86 1,84 1,67 1,00 2,71 2,77 2,62 1,00 3,64 3,74 3,47 1,00 4,33 4,68 4,45 1,00 10 1,44 1,44 1,46 1,00 1,84 1,99 1,98 1,00 2,21 2,48 2,53 1,00 2,53 2,98 3,10 1,0 ТАБЛИЦА 8.15. ЗНАЧЕНИЯ ОТНОШЕНИЙ l’p/lp 1р?ьр 1 Ц при /.// н с !-> 3 4 5 7 10 20 30 10 0,85 0,75 0,65 0,30 0,00 25 0,90 0,85 0,80 0,75 0,50 0,00 I».» 100 0,95 0,95 0,90 0,88 0,83 0,55 0,50 ТАБЛИЦА 8.16. КОЭФФИЦИЕНТ ВЛИЯНИЯ 7 Значение 7^ при 1^/Ъ 1 2 5 1 0,42 0,62 0,94 1,5 0.40 0,50 0,60 2 0,30 0,30 0,30 3 0,20 0,20 0,20 4 0,14 0,14 0,14 5 0,10 0,10 0,10 Расчетная осадка одиночной сваи может быть заменена осадкой одиночной сваи от рас- четной нагрузки при статическом испытании. Пример 8.4. Определить осадку куста из девяти свай длиной по 10 м, размером сечения 30x30 см, заглубленных на 2 м в полутвердые моренные су- глинки, коэффициент пористости которых е=0,55, а модуль деформации E~i5 МПа. Расстояние между сваями /.= 1,05 м. Ширина ростверка 2,7 м. деформации сваи Е^=26 500 МПа. Расчетная ка на одну сваю 77^=800 кН. Решение. Коэффициент жесткости свай А = 500 • 1/45 = 588. При I р/^р = 10/0,3 = 33 по табл. 3.12 находим: 7= = 0.10. Осадка одиночной сваи куста по формуле (8.7) Модуль нагруз-
.182 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов sp~-—'Г*’1 — = 0,006 м = 0,6 см. димо достоверное определение модуля дефор- гт , г, „ мации Е, а также правильный учет толщины таблР8.13РНа£Одим аЛз^’0 °’ ~3’5 *=588 "° сжимаемого слоя и взаимного влияния смеж- Осадка куста в несущем слое по формуле (8.8) НЫХ С00РУжениЙ. S1 = 3,64.0,6 = 2,2 см. Если под слоем грунта, в который заглуб- По табл. 8.15 находим 1Ц =0,89 и определяем ЛеНЫ Сваи’ залегают более слабые слои, то /' =0,89-10=8 9 М Р Р осадку сооружения следует рассчитывать дву- ° Привмсныа „„„„р фундамента МЯ. СПОСобами: общепринятым и от приведен- , „ .... нои расчетной нагрузки, распределенной рав- р ~у 4л/л = J/4-2,72/з- 14 = 3,05 м. номерно по всей площади сооружения, прини- при И l' /б'=8,9/з,05=2,9 по табл. 8.16 Мая В ЭТ0\слУ'1ае расчетную ширину фунда- находим 7fe=o,72. Р Р мента равной ширине сооружения. Осадка подстилающего слоя по формуле (8 9) о п с г» 7200 юз 0 70 8-2;5- Расчет кренов S2= — =0,013м=1,зСм свайных фундаментов 8,9-45‘105 п - , Расчет крена свайного фундамента ппоиз- Суммарная осадка фундамента ’ и s = s, + s, = 2 2 + 1 3 = 3 5 см водится так же, как и условного фундамента п - ’ 2 СМ‘ на естественном основании, заложенного на ля олее точного прогнозирования осадки отметке нижних концов, в соответствии с ука- сооружения на свайных фундаментах необхо- заннями СНиП 2.02.01-83. Этот метод не отве- ТАБЛИЦА 8.17. ЗНАЧЕНИЯ БЕЗРАЗМЕРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА 1а V 26 b при Ь/ b 0,20 0,50 1,00 1,40 1,80 2,40 3,20 5,00 0,25 0,01 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 0,663 0,328 0,312 0,309 0,308 0,307 0,306 0,306 0,305 0,305 0,305 0,305 0,625 0,361 0,308 0,293 0,288 0,286 0,285 0,284 0,284 0,283 0,283 0,283 0,561 0,389 0,309 0,279 0,266 0,261 0,258 0,256 0,255 0,254 0,253 0,253 0,517 0,387 0,309 0,272 0,255 0,246 0,241 0,238 0,237 0,235 0,235 0,234 0,481 0,377 0,305 0,266 0,246 0,235 0,228 0,224 0,222 0,220 0,219 0,218 0,436 0,356 0,295 0,258 0,235 0,222 0,214 0,208 0,205 0,202 0,201 0,199 0,389 0,328 0,279 0,245 0,223 0,209 0,199 0,193 0,188 0,185 0,182 0,180 0,317 0,278 0,243 0,218 0,199 0-186 0,176 0,169 0,163 0,159 0,156 0,151 0,30 0,01 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 0,667 0,340 0,324 0,320 0,318 0,317 0,316 0,316 0,316 0,316 0,315 0,315 0,627 0,374 0,318 0,303 0,298 0,296 0,295 0,294 0,293 0,293 0,293 0,292 0,561 0,402 0,320 0,289 0,276 0,270 0,266 0,265 0,263 0,263 0,262 0,261 0,519 0,399 0,310 0,282 0,264 0,255 0,250 0,247 0,245 0,243 0,242 0,241 0,481 0,388 0,306 0,276 0,255 0,243 0,236 0,232 0,230 0,228 0,227 0,225 0,436 0,365 0,305 0,267 0,247 0,230 0,221 0,216 0,212 0,209 0,208 0,205 0,389 0,336 0,288 0,254 0,231 0,216 0,206 0,200 0,195 0,191 0,189 0,186 0,317 0,283 0,250 0,225 0,206 0,193 0,183 0,170 0,169 0,165 0,162 0,157 0,35 0,01 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 0,671 0,351 0,334 0,331) 0,328 0,327 0,326 0,326 0,325 0,325 0,325 0,324 0,629 0,388 0,328 0,313 0,308 0,305 0,304 0,303 0,302 0,302 0,302 0,301 0,562 0,416 0,332 0,299 0,285 0,278 0,275 0,273 0,271 0,271 0,270 0,270 0,519 0,412 0,332 0,292 0,273 0,263 0,258 0,254 0,252 0,251 0,250 0,249 0,482 0,399 0,328 0,286 0,264 0,251 0,244 0,240 0,237 0,235 0,234 0,232 0,436 0,375 0,316 0,277 0,253 0,238 0,229 0,223 0,220 0,216 0,214 0,212 0,389 0,344 0,297 0,263 0,240 0,224 0,214 0,206 0,201 0,198 0,195 0,192 0,317 0,288 0,257 0,232 0,213 0,200 0,189 0,181 0,175 0,171 0,167 0,162 0,40 0,01 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 6,0 0,675 0,360 0,342 0,338 0,336 0,335 0,334 0,334 0,334 0,333 0,333 0,333 0,630 0,400 0,337 0,321 0,316 0,313 0,312 0,311 0,310 0,310 0,309 0,309 0,563 0,430 0,343 0,307 0,293 0,286 0,282 0,280 0,279 0,278 0,277 0,276 0,519 0,424 0,343 0,301 0,281 0,270 0,265 0,261 0,259 0,258 0,258 0,256 0,482 0,440 0,329 0,296 0,272 0,259 0,251 0,246 0,243 0,241 0 240 0/238 0,437 (1,384 0,326 0,286 0,261 0,245 0,236 0,229 0,225 0,222 0,220 0,218 0,390 0,351 0,306 0,272 0,248 0,231 0,220 0,213 0,207 0,203 0,201 0,197 0,317 0,294 0,264 0,239 0,220 0,206 0,195 0,187 0,181 0,176 0,172 0,167
8.2. Расчет свай и свайных фундаментов 183 чает реальным условиям работы сооружения с глубоко заложенными фундаментами. Автором работы [4] разработан метод расчета крена прямоугольного фундамента, а авторами работы [1] — круглого фундамента. Крен прямоугольного свайного фундамен- та определяется по формуле i = 8t0(l — v^M/(El2byf), (8.10) где I и Ь—длина и ширина фундамента; v — коэф- фициент Пуассона; М — момент, действующий на, фундамент; io — безразмерный коэффициент, опреде-i ляемый по табл. 8.17. Пример 8.5. Определить крен фундамента из свай- ного поля размером в плане 33,2X26,2 м, характери- стики которого приведены в примере 8.3. Решение. При 2d/b =2,7/26,2=0,38; lib = 38,2/26,2 = = 1,5 и v=0,35 по табл. 8.17 находим 10 = 0,42. Тогда . = 8.0,42 (1^,3^64^ 010033 < 01(Ю4_ 120-38202-2620-1,25 и Крен прямоугольного фундамента вычис- ляется по выражению i = /0(1 — v2) M/(Er3 yf), (8.11) где г — радиус фундамента; to— коэффициент, при- нимаемый в зависимости от отношения глубины зало- жения фундамента d к его радиусу г при коэффици- енте Пуассона у=0,30: djr ........ i0 ........ . d/r ....... . io...... 0,01 0,5 1 2 3 0,540 0,362 0,265 0,231 0,232 4 5 7 10 0,235 0,237 0,240 0,242 при значениях y=O,25; 0,35; 0,40 табличные значения умножаются соответственно на коэффициенты, равные 0,966; 1,035; 1,065. 8.2.6. Расчет железобетонных ростверков ; В зависимости от условий работы железо- бетонные ростверки подразделяются на ленточ- ные ростверки под кирпичные и крупноблочные стены, ленточные ростверки под крупнопанель- ные стены, безростверковые свайные фундамен- ты под крупнопанельные стены, в которых в качестве ростверка работает панель здания, и на плитные ростверки под колонны каркасных зданий. Методика расчета ленточных ростверков и безростверковых свайных фундаментов деталь- но изложена в прил. 9, 10, 12 Руководства [3]. В прил. 11 того же Руководства изложены ос- новные положения по расчету ростверков под колонны, на основании которых расчет роствер- ка производится в следующем порядке: на продавливание колонной; на продавливание уг- ловой сваей; на поперечную силу в наклонных сечениях; на изгиб; на местное сжатие под торцом сборной колонны; на прочность ста- канной части; на раскрытие трещин. На продавливание колонной ростверк (рис. 8.14) рассчитывается по формуле N = hQ (bc -j- C2) 4- a2 (dc cx)], (8.12) где N — расчетная продавливающая нагрузка, равная удвоенной сумме реакций всех свай, расположенных с одной наиболее нагруженной стороны от оси ко- лонны за пределами нижнего основания пирамиды 1 Рис. 8.14. Свайный фундамент со стаканным ростверком а — общий вид; б — расчетная схема -ступени; / — ростверк; 2 — арматура; 5 — свая; 4 — пирамида продав- ливания колонной; 5 — то же, угловой сваей
184 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов продавливания; подсчитывается от усилий, действу тощих в плоскости верха фундамента; /г0 — рабочая высота ростверка, принимаемая от верха нижней ра- бочей арматурной сеткн до дна стакана при сборной колонне и до верха ростверка при монолитной и стальной колонне; bc , dс — ширина и высота сече- ния колонны; с,, с2—расстояния от соответствую- щих граней•колонн до внутренних граней каждого ряда свай, принимаемые от О,4/го до 1га; а,, а2— без- размерные коэффициенты, равные a. = hof:^ и при- нимаемые от 2,5 до 1; Я — расчетное сопротивле- ние бетона осевому растяжению. Для стаканного ростверка при е>0,5 dc максимальный момент в плоскости верха рост- верка допускается принимать M = O,5dc2V. (8.13) При продавливании колонной составных ростверков их рабочая высота принимается как для цельных ростверков той же высоты. Минимальная толщина дна стакана при- нимается равной 40 см. Расчет на продавливание угловой сваей плитной части ростверка (рис. 8.14) произво- дится по формуле /Vp = Rbth2 [₽i (^о2 + -ог/2) + Рг (^о1 + чп/2)] , (8.14) где Nр — расчетная нагрузка на угловую сваю, под- считанная от нагрузок, действующих в плоскости ни- за ростверка; /г2 —- высота ступени ростверка от вер- ха сваи; koi, boi — расстояния от внутренних граней угловой сваи до ближайших наружных граней рост- верка; с0|, с02 — расстояния от внутренних гранен свай до ближайших граней ступени ростверка или подколонника, принимаемые от 0,4й2 до /г2; |3|, |32 — безразмерные коэффициенты, принимаемые в зависи- мости от отношения hzlc: й2/с hje /12/с h2/c Р/ 1,0 0,60 1,4 0,76 1,8 0,89 2,2 0,97 1,1 0,65 1,5 0,80 1,9 0,91 2,3 0,98 1,2 0,69 1,6 0,83 2,0 0,93 2,4 0,99 1,3 0,73 1,7 0,86 2,1 0,95 2,5 1,00 На поперечную силу в наклонных сечени- ях ростверк рассчитывается по формуле %Np = mbh01 Rbt, (8.15) где 2/V — расчетная нагрузка на все находящиеся за пределами наклонного сечения сваи, которая оп- ределена от нагрузок, действующих в плоскости низа ростверка; b — ширина ростверка (для ступенчатых ростверков с разной шириной ступеней принимается приведенная величина £'); /г0|—рабочая высота pacj сматриваемого сечения ростверка; m—безразмерный коэффициент, отвечающий условию 0,75/? ^bh0^ biha (здесь fe3 = l,5 принят как для сплошных плнт) и принимаемый в зависимости от отношения /г0/с: m 1,67 2,50 1,65 - 48 1,60 2,40 1,55 2.33 1, 50 2,25 ' hojc m hojc m | й0/с in /г0/с tn 1,45 2,18 1,20 1,80 0,95 1,43 0,79 1,05 1,40 2,10 1,1.5 1.73 0,90 1,35 0,6.5 0,98 1.35 2,03 1, Ю 1,65 0,85 1,28 0,60 0,90 1,30 1,95 1,05 1.58 0,80 1,20 0,55 0 83 1,25 1,88 1,00 1,501 0,75 1,13 Cl 1,50 0,75 Расчетный изгибающий момент определя- ется в сечениях по граням колонн и ступеней от расчетных нагрузок на сваи, умноженных на расстояние от оси свай до соответствующих граней ступени или колонны. При действии на сваю расчетных выдер- гивающих нагрузок ростверк должен рассчи- тываться на изгиб от действия отрицательных реакций свай. Расчет ростверков на местное сжатие (смя- тие) под торцом сборной колонны выполняет- ся в соответствии со СНиП 2.02.01-83 по фор- муле N = 2RbiAc, (8.16) где N — расчетная нагрузка, действующая в сечении колонны на уровне верха ростверка; R^ — расчет- ное сопротивление бетона осевому сжатию; 4 —пло- щадь сечения колонны (для двухветвевой колонны, у которой отсутствует распорка понизу, площадь вет- вей колонны). Расчет продольной арматуры стаканной части ростверка производится в соответствии с указаниями СНиП 11-21-75 на внецентренное сжатие коробчатого сечения в плоскости заде- ланного торца колонны. Аналогично рассчиты- вается подколенник под стальную и монолит- ную железобетонную колонну. Минимальные размеры сечения продольной арматуры стенок стакана или подколонника составляют 0,05 % расчетных размеров сечения бетона. Поперечное армирование стенок стака- на определяется по расчетному моменту, дей- ствующему относительно торца колонны и вы- числяемому по формулам: при dc/2>e>d3/6 = М Н- Q hc — 0,7Npe- (8.17) при e>rfc/2 Л4С = 0,8 (7И 4- Qhc — Np dc/2), (8.18) где e=M/Np — эксцентриситет приложения внешних нагрузок; М, N , Q — расчетные нагрузки, действу- ющие на отметке верха стакана; d , h с—длина стороны сечения и глубина заделки колонны. Площадь сечения поперечной арматуры оп- ределяется по формуле A = Mc/(/?sSzJ, (8.19) где R — расчетное сопротивление арматуры растя- жению; z . — расстояние от каждой сетки до торца колонны. При e<:d,.ir> поперечное армирование сте- нок стакана выполняется конструктивно двумя сетками. Стенки стакана допускается не ар- мировать, если отношение толщины стенок ста- кана к высоте его уступа или к глубине ста- кана более 0,75. При применении ростверков в агрессивной среде, их следует рассчитывать по раскрытию трещин согласно указаниям СНиП 2.02.01-83.
8.3. Проектирование свай и свайных фундаментов 185 Пример 8.6. Рассчитать ростверк размером в пла- не 240X150 см при размере подколенника 120X90 см из бетона марки М200. Размеры колонны: d с=60 см; 5 =40 см. Расчетная нагрузка на ростверк Л1 = 4200 кН, 44=250 кН-м, F^=60 кН, заделка колонны hs= = 85 см, глубина стакана Щ=90 см. Куст из шести свай сечением 30X30 см, расстояние между сваями 7^=90 см (см. рис. 8.14). Решение. Принимаем конструктивную высоту ростверка /i=/i4+45 см = 135 см, а0=7 см. Расчетные усилия в сваях от нагрузок на уровне верха рост- верка ' N . = N /п + Ml. /V = 4200/6 + pt i,max'i ± 250-0,9/3,24 = 700 ± 70 кН. Расчетное продавливающее усилие, действующее на ростверк, 2Л/ . = 770 • 4 + 700 • 2 = 4480 кН. Pi Расчетное продавливающее усилие, воспринимае- мое ростверком, определяется по формуле (8.12). Принимаем й0=38 см. Тогда N = 2-7,5-3,8 [1 (40 + 15) + 2,5 (60 + 38)] = 1710 кН, где Ci = 45 см; с2= 10 см; а, = 38/45<1; а2=38/10=2,5. Принимаем Ci=38 см; Ca=/i/a2=38/'2,5= 15 см. По- скольку Л/ = 1710 кН<2Л/р£ =4480 кН, высота ростверка недостаточна. Увеличиваем h0 до 68 см, тогда с2 = = 68/2,5=27 см; ai=68/45= 1,5; a2=2,5, ci=45 см. При- нимаем марку бетона М300 и получаем: N = 2-10-68 [1,5 (40 + 27) + 2,5 (60-ф 45)]= = 4937 кН > 2W . = 4480 кН. Pi Общая высота ростверка из бетона M300 по ус- ловию продавливания колонной h =ho+at>+ht—68+ +7+90=165 см. Вес ростверка и грунта на его об- резах G=120 кН. Расчетные усилия в сваях от на- грузок на уровне низа ростверка с учетом веса рост- верка и грунта на обрезах: NPt = (N + + Fh *е) = = (4200 + 150)/6 + (250+ 60-1,65) 0,9/3,24 = = 725 ± 97 кН. Принимаем высоту ступени ростверка h q=75 cm и проверяем прочность ступени на продавливание уг- ловой сваей, заделанной в ростверк на 5 см; F — = 823 кН; &iji=&02 = 45 см; с0| = !5 см; Соз = О; ft3 = 75— —5=70 см; /г2/с(„=70/15>2,5. Принимаем для Zi2/co=2,5 (см. стр. 184) |3' = р2=1; coi = Co2=/i2/2,5 = 22 см: N = 10-70-2-1 (45 + 22/2) = 826 кН > F» = 823 кН. Проверяем высоту ступени по поперечной силе. Для /1о/с=68/15>1,67 находим /и=2,5 (см. стр. 184). Тогда 2ЛШ=2,5-1,50-68-10=2550 кН>2Г =1646 кН. У t Высота ступени h2 = 75 см достаточна. Изгибающие моменты относительно граней ступени и колонны со- ответственно: Л4Х = 2-823.0,3 = 494 кН-м; М2 = 2,823-0,6 = 988 кН-м. _Требуемая расчетная площадь сечения продоль- ной арматуры класса А-Ш подошве нимается наибольшей из двух: 494-104 0,9Л01 0,9-68-3700 А = — 988'10‘ °’9h0^s 0,9-158-3700 Принимаем арматуру 702OAIII; А =21,99 см2. Остальные расчеты по армированию ростверка про- водятся аналогично. ростверка при- 21,8 см2; 8.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ При проектировании свайных фундаментов производят следующие работы: собирают и изучают исходны© данные; предварительно выбирают типы свайных, фундаментов, «несущего слоя» и определяют отметки нижних концов свай; предварительно назначают глубины зало- жения ростверков, определяют размеры свай и расчетные нагрузки на них; проводят технико-экономическое обоснова- ние принятого решения; рассчитывают число свай под несущей кон- струкцией; рассчитывают и проектируют ростверки; уточняют длины свай и проектируют свай- ное поле; оформляют документацию на свайные фун- даменты, подсчитывают объемы работ и со- ставляют сметную документацию. 8.3.1. Исходные данные для проектирования Проектирование свайных фундаментов должно проводиться на основании полноцен- ных исчерпывающих исходных данных, от ко- торых в значительной степени зависит эконо- мичность проектного решения. Исходные данные для проектирования должны содержать: отчет об инженерно-геологических изыска- ниях на участке проектируемого объекта, вклю- чающий необходимые данные о физико-механи- ческих характеристиках грунтов, прорезаемых сваями и находящихся под нижними концами свай в пределах сжимаемой толщи, о гидро- геологических условиях площадки (уровень подземных вод, источники их питания, связь с ближайшими водоемами, химический состав во- ды, прогнозирование изменения уровня под- земных вод), результаты статического или ди- намического зондирования, результаты испыта- ний опытных натурных или эталонных свай; генплан площадки, на котором нанесены контуры и оси объекта, геологические выра- ботки, привязанные к осям, планировочные от- метки и даны сведения о ближайших постро- енных и предполагаемых к строительству под- земных сооружениях; общее конструктивное решение надзем- ной части объекта; чертежи подземной части объекта с ука- занием несущих конструкций, их размеров и отметок низа, размеров и глубины заложения подземных помещений, каналов и фундаментов оборудования, расположения проемов в стенах, абсолютной отметки пола 1-го этажа или верха фундамента; данные о расчетных нагрузках на фунда- менты в необходимых сочетаниях с указанием доли временных нагрузок и цикличности их
186 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов действия, а также о расчетных нагрузках на полы и местах их приложения; характеристики фундаментов с расчетны- ми нагрузками на них для сооружений, рас- положенных вблизи проектируемого объекта, с целью определения их влияния на осадку про- ектируемого объекта; сведения о возможном изменении в пери- од эксплуатации нагрузок на фундаменты и характера их воздействия. Для получения исчерпывающих материалов изыскания должны проводиться по заданию проектной организации — автора проекта фун- даментов. В задании указываются: наименование объекта и его местоположе- ние; стадия проектирования; характеристика объекта (назначение, серия, класс по капитальности, габариты, этажность, шаг несущих конструкций); назначение и заглубление подземных поме- щений, каналов, фундаментов оборудования; ориентировочные нагрузки от основных не- сущих конструкций и технологического обору- дования; предполагаемые типы фундаментов; предполагаемые планировочные отметки; абсолютные и относительные предельные деформации объекта; особые требования к изысканиям, вызван- ные специфичностью расположения или уни- кальностью объекта (например, в оползневых или карстовых районах). 8.3.2. Выбор типа свайных фундаментов и нагрузок на них Свайные фундаменты подразделяются на два типа: безростверковые и с ростверками. К безростверковым относятся конструкции со сваями-колоннами и конструкции, состоящие из одиночных свай, насадок и колонн. К конструкциям с ростверками относятся конструкции из свайных групп (кустов) с уменьшенным числом свай (не более 2—4 шт.) с высокой несущей способностью, объединенных железобетонным ростверком, а также свайных групп (количество свай более 4 шт.), в кото- рых максимально используется прочность ма- териала свай и грунтов основания. В конструкции фундаментов типа свая-ко- лонна могут быть использованы забивные же- лезобетонные призматические сваи сплошного сечения. В конструкции фундаментов типа свая— насадка—колонна могут быть использованы практически все конструкции свай, за исключе- нием свай с центральным армированием и свай квадратного сечения с круглой полостью, имею- щих ограничения на применение по прочности на вертикальные и горизонтальные нагрузки, а также по видам грунтов. В конструкции фундаментов типа свайный куст с уменьшенным числом свай с высокой несущей способностью, а также типа свайный куст с высокой степенью использования проч- ности свай и грунтов несущего слоя (рост- верк-колонна) могут быть использованы все конструкции свай, а сваи с центральным арми- рованием и сваи квадратного сечения с круг- лой полостью применимы для легких производ- ственных зданий. При выборе типа свайных фундаментов и соответствующих конструкций свай необходимо предварительно проанализировать нагрузки на фундаменты и условия их приложения. Анализ нагрузок состоит в первую очередь в выявле- нии определяющего вида нагрузок: осевых (сжимающих или выдергивающих) и горизон- тальных. Если, например, определяющим видом на- грузок на свайные фундаменты будут являть- ся горизонтальные нагрузки, то следует ори- ентироваться на применение свай больших се- чений или диаметров. В случае если определяющим видом на- грузок будут являться осевые сжимающие на- грузки, то следует ориентироваться на приме- нение свай, опирающихся на прочные грунты, в том числе забивных или буронабивных с уши- рением (если их применение возможно по грун- товым условиям и если имеется соответствую- щее оборудование). При значительных выдергивающих нагруз- ках конструкции и параметры свай следует назначать из условия восприятия сваями этих выдергивающих нагрузок: буронабивные сваи или сваи-оболочки большого диаметра с раз- витой боковой поверхностью, сваи с уширени- ем в нижней части или сваи с анкером в ниж- ней части и т. п. Анализ нагрузок на фундаменты должен проводиться с учетом особенностей, которые могут возникнуть в строительный и эксплуата- ционный периоды. Например, могут возникнуть случаи обнажений свай на большую глубину в зонах сооружения заглубленных технологи- ческих помещений (тоннелей, подвалов) до монтажа каркаса здания или после его осу- ществления. Рассмотрение типов фундаментов следует начинать с конструкций фундаментов с мини- мальным числом свай, увеличивая затем их число или изменяя конструкции свай- при- не- обходимости.
8.3. Проектирование свай и свайных фундаментов 187 8.3.3. Выбор несущего слоя грунтов и определение размеров свай В большинстве случаев сваи применяются для прорезания ненормируемых и слабых грун- тов (насыпных, рыхлых песчаных, илов, тор- фов, текучих глинистых и т. п.) и передачи на- грузок от здания или сооружения на прочные грунты основания. Так как в общей стоимости свайных фун- даментов стоимость свай составляет до 70 %, рациональность конструкции свайных фунда- ментов определяется максимальным использо- ванием прочности материала свай и грунтов основания при минимальных площади сечения и длине свай, а также минимальных удельных расходах материалов и характеризуется пока- зателями технического уровня. Эти показате- ли следующие: коэффициент использования прочности ма- териала свай и грунтов основания Ks = Fhi/Fh2> где F .F^- расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, соответственно по грунту и материалу сваи; Ks^l; коэффициент использования несущей спо- собности сваи Kp = Np/Fhi. где N р — фактическая нагрузка на сваю от здания; ^pd.2; коэффициент унификации, учитывающий степень использования несущей способности свай в разнонагруженных фундаментах зданий и сооружений, где К .—коэффициент использования несущей спо- собности свай в t-м фундаменте; п —число фунда- ментов в здании и сооружении; К1,2; удельный расход материалов q (бетон, сталь) в расчете на единицу действующей на- грузки (осевой вдавливающей, горизонтальной). Предварительная оценка расчетных нагру- зок, допускаемых на сваи различных видов в различных грунтовых условиях, может быть принята по табл. 8. 11. Целесообразность при- менения свай и свайных фундаментов для слу- чаев, когда определяющими будут осевые сжи- мающие нагрузки, можно установить при ис- пользовании показателей технического уровня, приведенных в табл. 8.18 и 8.19. После предварительного выбора типа кон- струкций и размеров свай по табл. 8.18 и 8.19 необходимо уточнить принятые размеры рас- четом по СНиП 11-17-77. 8.3.4. Проектирование свайного поля и ростверков Основная задача проектирования свайного поля и ростверков сводится к максимальному использованию допускаемой на сваю расчетной нагрузки, обеспечению равнопрочности сваи по грунту и материалу, определению оптимальных типоразмеров свай и ростверков и их унифи- кации, обеспечению минимального заложения ростверков и. наименьших объемов земляных работ. Под сооружениями с несущими стенами сваи располагаются, как правило, в один ряд. Не следует допускать недоиспользование не- сущей способности свай более чем на 15 %, пе- регрузку свай от постоянных и длительных на- грузок более чем иа 5 %, от кратковременных нагрузок более чем на 20 %. Для каркасных сооружений число свай в кустах должно быть минимальным. Не реко- мендуется принимать число свай в кустах с нагрузкой до 10 000 кН более 16 шт. при се- чении 30X30 см, более 12 шт. при сечении 35x35 см, более 9 шт. при сечении 40X40 см или диаметре 50'—60 см. В табл. 8.20 и 8.21 приведены параметры унифицированных кустов из забивных свай квадратного сечения для одноэтажных и мно- гоэтажных зданий, в табл. '8. 22 и 8.23 — уни- фицированных кустов из буронабивных свай без уширения и с уширенной пятой, в табл. 8.24 — унифицированных кустов из полых круглых свай и свай-оболочек. Данные этих таблиц облегчают определение передаваемой на сваю расчетной нагрузки по формуле Nр = N/п ± kx Мх± ky Му, (8.20) где Д/ —расчетные нагрузки, действующие р Л. у на фундамент на отметке низа ростверка; п — число свай в кусте; k х и k у — коэффициенты, принимае- мые по табл, 8.20—-8.24. Для сокращения трудоемкости подбора требуемого куста свай целесообразно восполь- зоваться номограммой, приведенной на рис. 8.15. Куст свай подбирают по заданным расчетным нагрузкам на фундамент N, М и принятой в проекте расчетной нагрузке на сваю Fh в следующем порядке: вычисляются n^ — NIFh и е—M/(k2N), где коэффициент k2 принимается в зависимости от ширины грани или диаметра сваи: Ширина грани или диаметр сваи, см ... . 25 30 35 40 50 60 80 k2 ...... . 0,833 1,0 1,167 1,333 1,667 2,0 2,66 точка пересечения линий п0 и е определяет требуемые параметры куста свай и шаг свай а в продольном направлении; шаг свай в поперечном направлении вы- числяется по формуле Кусты свай принимаются по табл. 8.20.
Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ТАБЛИЦА 8.18. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАБИВНЫХ СВАИ Размер сече- ния или диа- метр свай, см Длина свай, м Приближенные значения коэффициентов К ч, К . Ки при гравелистых, крупных песках и глинистых грунтах с /д=0,0-0.1 при песках средней крупно- сти и глинистых грунтах с /д=0,2-0,3' при мелких и пылеватых песках и глинистых грунтах с / -0,4-0,5 £j 30X30 3—15 1—9.6 0,5—0,4 «0,3 0,7—0,6 0,5—0,4 <0,3 0,4—0,3 0,2 <0,2 ~Т' — ~Ь -4- — + 4- — 35X35 10—20 (—0,7 0,6—0,4 <0,4 0,65—0,5 0,4—0,3 <0,3 0,35—0,25 0,2 <0,2 + 4"~ — + 4- — + ± — 40X40 13—20 1—0,8 0,7—0,5 <0,5 0,8—0,6 0,5—0,4 0,4 <0,4 0,3 <0,3 + 4- — ~Ь -4- — + ± -—• 40 3—20 1—0,9 0,8-0,7 0,6—0,5 1—0,9 0,8—0,5 0,4—0,2 0,8—0,7 0,6—0,5 0,4—0,1 + -1- + + ± — + — 50 3—25 1—0,8 0,7—0,6 0,55 1—0,9 0,8—0,5 0,4—0,3 1—0,8 0,7—0,5 0,4—0,1 + + ± + ± — + ± — 60 3—30 1—0,8 0,7—0,6 0,5 1—0,9 0,8—0,5 0,4—0,3 1—0,9 0,8—0,5 0,4—0,1 -j— U- 4- + zt: — + -1- — 80 3—35 1—0,7 0,7-4),6 0?5 1—0,9 0,8— 0,4 0,3—0,2 1—0,9 0,8—0,5 0,4—0,1 + + ± — + н- — для применения; Примечание. Знаки «-г», «±» и «—» соответственно обозначают: рекомендуется применение возможно при соответствующем обосновании; применение не рекомендуется. ТАБЛИЦА 8.19. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ (ПО ТИПОВОМУ ПРОЕКТУ ФУНДАМЕНТПРОЕКТА, ИНВ. № 11740) Диаметр сваи1 , см Длина сваи, м Приближенные значения коэффициентов А^, /< АГ^ при гравелистых, крупных песках и глннис'.ьк грунтах с 1 =0,0-г-и,1 при песках средней круп- ности и глинистых грунтах при мелких и пылеватых песках и глинистых грунтах с I =0,4-г-0,5 с I =0,24-0,3 40 8—10 0,4 0,3—0,2 <0,2 0,4 0,3—0,2 <0,2 0,35 4- 0,3—0,2 <0,2 50 8—25 1—0,8 + 0,7—0,5 0,4—0,3 4- 0,9—0,6 0,5—9,4 -н 0,4 0,8—0,5 zt 0,5—0,5 + <0,3 50/120 50/160 8—25 8—25 1—0,7 + 0,6—0,5 1 ' + <0,5 zt: 1—0,6 + 0,5—0,4 zb 1—0,8 <0,4 1—0,6 + 0,5—0,4 1—0,7 ~Ь <0,4 60 8—25 1-0,6 + 0,5—0,3 <0,2 0,9—0,5 0,4—0,3 zt <0,3 0,9—0,5 4- 0,4—0,3 + <0,3 60/160 60/180 8—25 8—25 1—0,9 + 0,8—0,75 + 1 + 0,75 + 1—0,9 + 1 + 0,8—0,7 + 0,9—0,8 + 0,6 + 0,7 + 1—0,8 + 1 + 0,7—0,6 + 0,9—0,7 + 0,5 0,6 80 8—25 0,8—0,6 + 0,5—0,2 0,15 0,75—0,5 0,4—0,2 0,1 0,7—0,5 0,4—0,3 0,1 80/180 8—25 1—9,9 + 0,8—0,6 + 0,55 1—0,9 4 0,8—0,5 ~ь 0,4 ± 0,9—0,8 0,7—0,5 0,35 100 8—25 0,7—0,6 + 0,5—0,3 0,15 0,6—0,5 0,4—0,2 0,1 0,6—0,5 0,4—0,2 0,1 120 8—25 0,65—0,5 + 0,4—0,2 0,1 0,6—0,5 + 0,4—0,2 0,1 0,55—0,5 + 0,4—0,2 0,1 1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения. Примечание. То же, что и к табл. 8.18. ТАБЛИЦА 8.20. ПАРАМЕТРЫ ТИПОВЫХ СВАЙНЫХ ГРУПП (КУСТОВ) ИЗ ЗАБИВНЫХ СВАЙ ДЛЯ ОДНОЭТАЖНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ Номер Типовая схема свайного с.хе- куста мы Размер сечения свси, мм Размеры, мм у а «1 а2 А ь I | В Кх, kiJ Я fl 300X300 450 650 800 900 1300 1600 0,5556 0,3846 0,3125 <4 э— -Ч 4 : гО> - СП 350X350 600 750 1051.) — — 1200 1500 2100 450 — 900 0,5556 0,4167 0,3333 0,2381 0,4167 0,3333 0,2381 1 4 4 • ^4 с J <7 '<7 7_ ' 400X400 600 750 1050 1200 1500 2100
8.3. Проектирование свай и свайных фундаментов 189 ' . Продолжение табл. 8.20 f Номер 3 2 Типовая схема свайного < куста Размер сечения сваи, мм Размеры, мм & .. X, У а Д1 а2 А b 51 в kx 2 300X300 650 800 950 1100 — 1300 1600 1900 2200 650 1300 j 0,3846 0,3846 450 2 4 -Ш .. 900 0,5556 0,3125 0,2632 0,2273 тх Q г 7_[ 4г С rd 350X350 1075 12'25 2150 2450 625 625 1250 1250 0,4 0,2326 0,2041 Т& л L л 400 X 400 900 1050 1200 1350 1800 2100 2400 2700 750 1500 0,333< 0,2778 1 -5 600 1200 0,4167 0,2381 0,2083 0,1852 3 3 ц 4, 300X300 900 1100 1250 — 1800 2200 2500 450 — 900 0,5556 0,1852 0,1515 0,1333 2 J 1 t Ч - - 3 J 1 °г J 350X 350 1050 1200 2100 2400 600 1200 0,4167 0,1587 0,1389 J ,а t .а , /7 400X400 1200 1350 2400 2700 0,1389 0,1235 4 9 9\ ГЧ 300X300 475 G25 950 1250 — 1900 2500 800 650 — 1600 1300 0,3125 0,3846 0,3571 0,2463 350X350 525 675 1050 1350 2100 2700 900 1800 7 -£ ь" 5 _£ X L 7|^ /S3 0,2778 0,3122 0,2212 !«3 Up £ ,67 400X400 600 675 750 825 1200 1350 1500 1650 2400 2700 3000 3300 1050 2100 0,2381 0,2604 0,2212 ‘, £ Л 900 1800 0,2778 0,1905 0,166 ' 5 9. 4, 7 300 X 300 475 625 950 1250 — 1900 2500 800 650 — 1600 1300 0,2083 0,2564 0,2353. 0,1730 350X350 525 675 1050 1350 2100 2700 900 1800 0,1852’ 0,2105 0,1585 / з. О_Т ' 1< J'«Q Л гС <? / ~£ 7, 4 □ “V- а 400X400 600 G75 750 825 1200 1350 1500 1650 2400 2700 3000 3300 1050 2100 0,1587 0,1812 0,1585 > ] 900 | 1800 0,1852 0,14 0,1256 6 300X300 900 1100 1400 1550 . — — 1800 2200 2800 3100 900 1800 1 1,1852 ] 1,1852 • 1,1515 1,119. 1,1075 «J ¥ Л -£ у т"5 > v 350X350 1050 1225 1375 1650 2100 2450 2750 3300 1050 2100 0,1587 0,1587 0,1361 1,1212 0,101 Г 51 Й з 3 3- 4Q г 4 6" S3,.. г J 7! х . гС) ч ,а а , / 1 < 400X400 1200 1500 2400 3000 1200 2400 0,1389 1,1389 0,1111
190 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Продолжение табл, 8.20 л g s Типовая схема свайного ° и 1 куста о Размер сечения сван, мм Размеры, мм kx, У а а. cz2 А ь В kx 9 А1 П 300X300 450 1350 2700 0,1575 ~ЕЗ 7 kJ кс 7 h 500 1500 — 3000 900 — 1800 0,1852 0,1333 7 -ЕЗ <?| —Ё L 3- i 1 гО) , Q а г а •1 т а, 550 1650 3300 0,1143 7 350X350 600 1800 3600 0,0992 8 Z j 4, 3 ri 7 ™Л. 300X300 450 500 900 1000 1350 1500 2700 3000 900 — 1800 0,1389 0,1277 0,1111 1 4- -Ik- Ji L J/j fi m. i at 7 Cf-j Те . a? 350X350 550 600 1100 1200 1650 1800 3300 3600 0,0978 0,0868 A i 9 J -i 4 гт- ж 300X300 450 500 550 600 650 1350 1500 1650 1800 1950 2700 3000 3300 3600 3900 900 — 1800 0,1389 0,1073 0,0952 0,0853 0,0772 0,0702 J L J <u/A 3 3- .a £. Z7.z 350X350 550 650 1650 1950 3300 3900 1050 2100 0,119 0,0853 0,0702 7 ? 10 5, £ -Б 1 £ уз 300X300 625 700 775 850 925 1250 1400 1550 1700 1850 — 2500 2800 3100 3400 3700 625 550 1250 1100 2500 2200 0,1099 0,128 0,1099 0,0962 J4UIU LJ oQ £ -J 3#E£ m lT/-*rcS -ГИ - 450 900 1800 0,161 0,0855 0,0764 0,069 "u J— . г ~t,r £7 <7 7/.<2 t- 11 ? Л П 300X300 800 925 1700 1850 3400 3700 450 900 1800 0,1314 0,0714 0,0617 -£ 2. 1 j± H 5 Й 6 u JTLrh v s 'cQ 4 ; J///(>—-4 > _cq ГГ c £ 7 L> .a L 1090 2000 4000 0,0556 12 J \ 4 5 ;й . a 9 I a 1 •/ a , г !?? Й4 7/ Л1. j 300X300 900 1000 1800 2000 — 3600 4000 900 1800 0,1111 0,0639 0,0556 / 7
8.3. Проектирование свай и свайных фундаментов 191 Продолжение 7'аол. 8.20 сх, 3 £ Типовая схема свайг о £ куста и Размер Размеры, мм /с ТОГО rcio.viep х, у сечения । , сваи, мм а ах а? А | b Ьг В х 4. 5 <?/5 4 ; ГИГП 550 1650 3300 0,064 13 й 8 г 3- Ю1^ ЕЙ М Г гз г •’гС ? HS г? 5Q 300X300 — 450 1350 2700 0,0805 "t J U 0- 0 л 'U.J □ </? 650 1950 3900 0,0522 / 1 ГРУПП (КУСТОВ-) ИЗ ЗАБИВНЫХ ЗДАНИИ ТАБЛИЦА 3.21. ПАРАМЕТРЫ ТИПОВЫХ СВАЙ ДЛЯ МНОГОЭТАЖНЫХ СВАЙНЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ Номер схемы Типов зя схема свайного куста Размер сечения сваи, мм Размеры, мм kxt у а «1 А b В kx ky 1 / г TL 1 2 300X300 350X350 400X400 450 — 900 — — — 1,1111 .о а 600 1200 0,8333 >7 2 2 Г 1— 1 3 300X300 350X350 400X400 300 600 900 450 900 1,1111 1,2821 L j 1 JJ4 / 3 а 400 800 1200 0,8929 0,8929 - J а 1 Л ‘ 3 X1 3 с h 300X300 450 600 — 900 1200 450 900 1,1111 0,5556 0,4167 t: Г 1 _£1 L, - -^Е з с о Ъ -о 350X350 600 750 1500 600 1200 0,4167 0,4167 0,3333 г а . а 400X400 600 750 1200 1500 0,4167 0,3333 Л 4 %- 4 300X300 350X350 400X400 650 *— 1300 650 1300 0,3846 0,3846 -1 ±3 900 1800 900 1800 0,2778 0,2778 ь 'л £ p--pt & 3 ^«Q .а о J \ л % 5 2 ti_ 3 -Г 6, 3 г 300X300 350X350 900 1050 1800 2100 450 600 900 1200 0,3704 0,4167 0,2778 , 2381 'л L Ij4^ 7<J .а L а
192 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Продолжение табл. 8.21 Номер схемы ТИПОВЭ5 схема свайного куста Размер сечения сваи, мм Размеры, мм !'х , У а at А b В kx ky -д 5, 3 V 300X300 475 950 1900 800 1600 0,3125 0,3571 л 7 "5 'Q 6 J X i Л Г 3 a L а J 350X350 525 1050 2100 900 1800 0,2778 0,3125 6 7 7 Г 2 4- . 7 300X300 475 950 1900 800 1600 0,2083 0,2353 J, J г. и J tC 7 8 а a д “U 4 350X350 525 1050 2100 900 1800 0,1852 0,2105 'И л <L • 5 4 п =э 300 X 30) 900 1800 900 1800 0,1852 0,1852 5 3 г Cj 8 /5 -G La ff=l ( С) *М 350X350 1050 2100 1050 2100 0,1587 0,1587 о у а Л \ ТАБЛИЦА 8.22. ПАРАМЕТРЫ ТИПОВЫХ СВАЙНЫХ ГРУПП (КУСТОВ) ИЗ БУРОНАБИВНЫХ СВАИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИИ Номер схемы Типовая схема свайного куста Диаметр сваи, мм Размеры, мм h X, у а Я1 А b в kx ky 1 У 1 ' 500 600 800 880 980 1000 1080 1180 1200 — — — — — —- — 2 400 500 600 800 800 600 750 850 900 1000 — 1200 1500 1700 1800 2000 — — — 0,8333 0,667 0,5882 0,5556 0,5 V . Г 2р_ _ 880 980 1000 1080 1180 1200 950 — 1900 0,5263 а Л 1050 2100 0,4762 1000 1100 2000 2200 0,5 0,4545 1050 1 2100 0, 4762
8.3. Проектирование свай и свайных фундаментов 193 Продолжение табл. 8.22 Номер схемы Типовая схема свайного куста Диаметр сваи, мм Размеры, мм кх, V а CL А Ъ В kx ky о // 400 500 600 600 400 500 870 670 800 1000 ИЗО 1330 1200 1500 1700 2000 600 750 850 850 1200 1500 1700 1700 0,8333 0,3333 0,5882 0,5882 0,4167 0,3333 0,2953 0,2509 л _ 3 rQ } 800 830 600 630 1200 1270 1800 1900 900 950 1800 1900 0,5556 0,5263 0,2778 0,025 у/ ) с£) о ф £7 а, 980 670 1330 2000 1000 2000 0,5 0,2509 'Г 7 - 1080 1180 1200 730 700 1470 1400 2200 2100 1100 1050 2200 2100 0,4545 0,4762 0,226 0,2381 2, к X 400 500 600 600 800 880 600 750 850 1000 900 950 1200 1500 1700 2000 1800 1900 600 750 850 850 900 950 1200 1500 1700 1700 1800 1900 0,4167 0,3333 0,2941 0,2941 0,2778 0,2632 0,4167 0,3333 0,2941 0,25 0,2778 0,2632 4 т .о 980 1000 1080 1180 1200 — X- 1. t а £7 э— -CQ 1 1000 2000 1000 2000 0,25 0,25 . Л 1100 1050 2200 2100 1100 1050 2200 2100 0,227.3 0,2381 0,2273 0,2381 5 2, _г У 4 500 600 880 1050 1300 2100 2600 1050 1000 2100 2000 0,2381 0,25 0,2381 0,1923 X- ’j, ' <JQ ей >—4 о .о 1200 2400 1200 2400 0,2083 0,2083 Л ТАБЛИЦА 8.23. ПАРАМЕТРЫ ТИПОВЫХ СВАЙНЫХ ГРУПП (КУСТОВ) ИЗ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ С УШИРЕНИЕМ В НИЖНЕЙ ЧАСТИ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ Номер схемы Типовая схема свай- ного куста Диаметр сваи1, мм Размеры, мм kx, у а А Ъ в kx. ky 1 У х Г 500/1200 600/1600 800/1800 — — — — — — 2 500/1200 500/1400 500/1600 850 1100 — 1700 2200 — — — 0,5882 0,4545 950 1200 1900 2400 0,5263 0,4167 д а\а 1050 1300 2100 2600 0,4762 0,3846 0,4762 0,3846 600/1600 800/1800 1050 1300 2100 2600 1150 1400 2300 2800 0,4348 0,3571 1 о Г)1 о
194 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Продолжение табл. 8.23 Номер схемы Типовая схема свайного куста Диаметр сваи1, мм Размеры, мм kx у а А b В kx ky 3 500/1200 550 700 1150 1500 1700 2200 1100 1100 2200 2200 0,4545 0,4545 0,2853 0,2167 2. -к У 1 у 500/1400 600 800 1300 1600 1900 2400 950 1200 1900 2400 0,5263 0,3472 0,249 0,2083 500/1600 700 850 1400 1750 2100 2600 1050 1300 2100 2600 0,4762 0,3846 0,2381 0,1885 О т Э; т 7f . Д '. 600/1600 700 850 1400 1750 2100 2600 1050 1300 2100 2600 0,4762 0,3846 0,2167 0,1885 800/1800 750 S00 1550 1900 2300 2800 1150 1400 2300 2800 0,4348 0,3571 0,2128 0,1721 4 ? Г 7 500/1200 850 1100 1700 2200 850 1100 1700 2200 0,2941 0,2273 0,2941 0,2273 500/1400 950 1200 1900 2400 950 1200 1900 2400 0,2632 0,2083 0,2632 0,2083 500/1600 1050 1300 2100 2600 1050 1300 2100 2600 0,2381 0,1923 0,2381 0,1923 7. >1 .а • S 600/1600 1050 1300 2100 2600 1050 1300 2100 2600 0,2381 0,1923 0,2381 0,1923 1 ' 800/1800 1150 1400 2300 2800 1150 1400 23.00 2800 0,2174 0,1786 0,2174 0,1786 5 500/1200 1200 1600 — 2400 3200 1200 1600 2400 3200 0,2083 0,1563 0,2083 0,1563 2 у 4 500/1400 1500 3000 1500 3000 0,1667 0,1667 0 "гС , СП < т.5 500/1600 1500 2000 3000 4000 1500 2000 3000 4000 0,1667 0,125 0,1667 0,125 а о .^7 X ' ~7 q 600/1600 1500 2000 3000 4000 1500 2000 3000 4000 0,1667 0,125 0,1667 0,125 1 Перед чертой указан диаметр ствола, за чертой — диаметр уширения. ТАБЛИЦА 8.24. ПАРАМЕТРЫ ТИПОВЫХ СВАЙНЫХ ГРУПП (КУСТОВ) ИЗ ПОЛЫХ КРУГЛЫХ СВАЙ И СВАЙ-ОБОЛОЧЕК ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЗДАНИЙ Но\ ер схемы Типовая схема свайного куста Диаметр сваи> мм размеры, мм kx, у а А b В kx ky 1 400 600 900 1200 1800 —- — 0,8333 0,5556 У 500 750 1050 1500 2100 0,6667 0,4762 600 850 1000 1700 2000 0,5882 0,5 fl 800 900 1050 1800 2100 0,5556 0,4762
о.о. проектирование сваи и свайных фундаментов 195 Продолжение табл. 8.24 Номер схемы Типовая схема свайного куста Диаметр сваи, . мм Размеры, мм у а «1 А ь В kx S 1 1000 1050 1250 — 2100 2500 — / —- 0,4762 0,4 b- R a 1200 1150 1350 2300 2700 0,4348 0,3704 . Я -тГ 1600 1300 1450 2600 2900 0,3846 0,3448 2 400 400 500 700 800 1000 1400 1200 1500 2100 600 1200 0,8333 0,6944 0,5 0,2976 2 ft 500 500 600 709 1000 1200 1400 1500 1800 2100 750 1500 0,6667 0,5 0,3788 0,2976 3 rb 7 J -С Q 600 570 670 ИЗО 1330 1700 2000 850 1700 0,5882 0,4132 0,3215 > q 800 600 700 800 1200 1400 1600 1800 2100 2400 900 1800 0,5556 0,3788 0,2976 0,2404 3 400 600 750 1050 — 1200' 1500 2100 600 1200 0,4167 0,4167 0,3333 0,2331 J? s, 3 500 750 900 1050 1500 1800 2100 750 1500 0,3333 0,3333 0,2778 0,2381 гй -CQ f >CJ a ( p % "V 600 850 1000 1300 1700 2000 2600 850 1700 0,2941 0,2941 0,25 0,1923 / 7 й 800 900 1050 1200 1800 2100 2400 900 1800 0,2778 0,2778 0,2381 0,2083 4 400 900 1050 1200 1350 — 1800 2100 2400 2700 7 50 1500 0,3333 0,2778 600 1200 0,4167 0,2381 0,2083 0,1852 4 \ .4 500 1050 1200 1350 2100 2400 2700 1050 2100 0,2381 0,2381 . 0,2083 / 5 % ^5 q q \ i « rOQ a О J q 900 1800 0,2778 0,1852 ) 600 1300 1750 1900 2600 3500 3800 1000 2000 0,25 0,1923 850 1700 0,2941 0,1429 0,1266 13*
196 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Продолжение табл. 8.24 Номер схемы Типовая схема свайного куста Диаметр сваи, мм Размеры, мм kx, у а а. А b В kx ky 9 К Я 400 1200 1350 2400 2700 600 1200 0,2778 0,2083 0,1852 х г! б 1/ «о — 500 1500 1650 3000 3300 750 1500 0,2222 0,1667 0,1515 / 4 5 Л , с а а 600 1750 1900 3500 3800 850 1700 0,1961 0,1429 0,1316 л 7 2. Л 400 600 675 1200 1350 2400 2700 1050 2100 0,2381 0,1894 0,1575 г Г 4 7 «3 б м. )— 750 1500 3000 0,1333 <7 а 825 1650 3300 900 1800 0,2778 0,1143 500 825 975 1660 1950 3300 3900 1350 2700 0,1852 0,1143 0,0869 6 9 L» л * 400 600 6'75 1200 1350 2400 2700 1050 2100 0,1587 0,1812 0,2041 / 750 825 1500 1650 3000 3300 900 1800 0,1852 0,1403 0,1256 J4 !-7 £ т а .О, 500 825 975 1650 1950 3300 3900 1350 2700 0,1235 0,1256 0,1031 .р я 8 н 4 g 400 1200 1500 — 2400 3000 1200 2400 0,1389 0,1389 0,1111 б 18 Гл / 6 ’ 7 >> J/ L’Q а , а * Я Пойкер 8.7. Подобрать куст свай. Дано: Лг= = 8000 кН, 7И = 2ООО кН-м, = 35 см, F = 1200 кН, fe2= 1,167. Решение. Определяем: по-8000/1200=7; ео—2000/ /(1,167-8000)=0,214. По номограмме выбираем куст КС-8 с параметрами: а0=2,39е0 ks = 2,39-0,214.1,167 = 0,6 м; Ь. — i/~9• 0,1225 — 0,36 = 0,86 м > 1,5b ~ 0,525 м. i ? р Размеры_ррстверков в плане принимаются кратными 30 см и на 20 см больше’ размеров куста свай по наружному контуру. Конструк- тивная высота ростверков назначается на 40 см больше глубины стакана или с учетом необхо- димой заделки анкерных болтов. Расчетная высота ростверков должна быть наименьшей. При ее подборе целесообразно сначала увели- чить марку бетона ростверков, а затем его вы- соту. Размеры ростверков по высоте принима- ются кратными 15 см. Ростверки армируют сварными арматур- ными изделиями. Стенки стакана ростверка ар- мируют пространственным каркасом, устанав- ливаемым на подготовку, и поперечными сет- ками, надеваемыми па пространственный кар- кас. Расстояние между поперечными сетками принимается не более 74 глубины заделки ко- лонны и не более 20 см. Число арматурных сеток, рассчитанных на местное сжатие, должно быть не менее двух под железобетонными колоннами и не менее четырех под стальными колоннами. Расстояние между сетками по высоте принимается 5—10 см. Фундаменты из свайного поля размером более 10X10 м проектируют по той же схеме, что и кустовой свайный фундамент, но при этом должны быть обоснованы формы распо- ложения свай (сплошная или кольцевая, по прямоугольной сетке, по радиальным прямым или концентрическим окружностям), расстоя- ние между сваями и порядок их забивки, ис- ключающие выпучивание грунта и недобивку свай. Сопряжение свай с ростверком осущест- вляется в соответствии с рекомендациями Ру- ководства [3].
о Г о,ю 0,20 0.60 ом 4^ 2 .2 9 5 3 io 12 15 18 (В ксз коз кеч КОЗ КС6 КС 7 ш кед а0 = б,о —-1—f— о. а = ю,о а0=6?§ а = 7.50 а0 =5,85 И a0= 9,95 d = 7.50 кеш dp-9,16 кс и а0=з,38 КС12 КС 13 а=б,о КС6 км 1КС5 1 hr<., „............ КС6 а =3.90 I I- >-J -ч~ЪН—t—Й- кс^ йС0=2,92\\ КС8 а0 = 2,39 КСЮ КСЦ a = 6,0 dp = 3,65 КСЮ1 ‘= рь - ^ч- а=5,о КС15 КС!6 КС17 КС18 КС19 а=6,0 а,=3,97 а0 = 3,5-5 :КС9 КС8 а= 9,28 0,60 0,70 0,80 о.оо ш а =1,93 КОО | а0 = 1,88 КС 7 кед \ш^ \а=1,67 ИгтШКСИ аП=1,6в U т < В < . -_V___ а0 = 2,Н1 КС5 = Ь 7J КС9 КС7 а0=1,25 ао=1,06 а = 1,87 а =2,76 КС11 КСИ do-1,05 КС12 а =2,0 КСИ а = 2,72 Л1; КС20 ом / а0=5,(!б —I---- 0=5,0 КОЗ 0.0 =0,60 кед а0=1,28 а0 = 0} 77 а =1,50 1J0 КС5 1,20 кеб a = 1,07 КС9 КСИ КС12 КС13 I КС13' ао=о,ез а а = /. 13 а0= ао = 0,57 КСЮ aff= 1,08 ) , , Зро'оЗТ'За ; iKClPpoj КС16 а =1,30 а0 Ьр КОМ Vo = 1,37 а = ао^3а} КСа= а0°м7а iГ а Уlit I f S________________ j КС13 ап=1,ьь ---1 гг КС13 ад=2р2\ а=3,88 КСЮ a0=3,22\ КС15 д=д0^За, | а=2,59' , , [j кс<6 а;Ю 1 г1 j t/l'1'Г il КС1В КС/2 КС13 a0=j,io | КС1С кс 16 а=2,0 ---_4.-----L KC16 a=!60 ,0=3,5! КС ш а=9,28 —j—i— lief? ^7, I Kiof I ^-2,21] КС 17 а0=М KC18 wtI dcMi r КС18 аа ао~2,9 ао ррЗ j i г г | КСЮ a0=2}621 Ke 19 ад = 1,62\ Е Kcj9 1 ^~U8C2l5KC22 Ed№!Ki КС а0=1.18 ксю a0=2s X\KC20\KC21 ТКШ\ КС21 do =2.13 0^0 КС23 ро °о ИРГ Ко =1,27 КС25 dp КС 17 ОоМЗ^ ao = i,O7 КС19 \шо I КС20 ап =2,0 а0=с,97 КС23 ад = о,92 КС29 КС21 КС29 а=1,66 КС22 Ко=0,К. ао = О,89 | —j—।—-f—j— | КС 19 (7^0,81 КСЮ do = Of97 .-/J KC21 ai‘bt\aB=o,8i КС2О а=1,ч КС22 00 = 0,83 KC27 aq = 0,79 КС29 a0=!f23 0=1,93 I \KC2ffl j КС26 йп- 0,7 КС25 0= 1,29 °о~Ь КС29 И= 1,95 ' L—. I КС25X, I ао\=Ьр\ КС25 ао=/7,8о\ I Рве. 8.15. Номограмма для подбо- ра кусга свай КС — куст свай; а, Со — расстояние между сваями по направлению дей- ствия момента при прямоугольной шахматной сетке расположения свай ом оюа д?о 0,80 е,м
198 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Число свай в фундаменте следует опреде- лять из условия восприятия вдавливающих на- грузок и моментов. Если установленное число свай не обеспечивает восприятия горизонталь- ных нагрузок, следует применять: наклонные сваи,. балки-связи, позволяющие распределить горизонтальные нагрузки на менее загружен- ные фундаменты; короткие дополнительные сваи в кусте, воспринимающие только горизон- тальную нагрузку; зуб, устраиваемый на 1— 1,5 м ниже подошвы ростверка и бетонируе- мый враспор. Проектирование свайных фундаментов при агрессивных грунтовых водах проводится с учетом требований СНиП по защите строитель- ных конструкций от коррозии. На стадии изысканий следует установить источник агрессивности подземных вод и, если это возможно, разработать мероприятия по его устранению. В последнем случае антикоррози- онная защита свай и ростверков не требуется. Защита свай и ростверков от коррозии должна проводиться в зависимости от степени и харак- тера агрессивности подземных вод одним из следующих способов: повышением защитных свойств бетона за счет увеличения его плотности, повышением трещиностойкости, применением сталей, вяжу- щих и заполнителей, наиболее стойких к дан- ной агрессивной среде; применением цементов сульфатостойких, ки- слотостойких и с умеренной экзотермией; обмазкой или пропиткой свай и роствер- ков химическими составами. . Обмазку или пропитку следует применять в том случае, если нельзя повысить защитные свойства- материала или применить специаль- ные цементы. При наличии агрессивных подземных вод под ростверки рекомендуется устраивать под- готовку из втрамбованного в грунт щебня тол- щиной не менее 10 см с проливкой битумом. При устройстве свайного фундамента вбли- зи подземного сооружения заложение рост- верков следует принимать наименьшим неза- висимо от глубины подземного сооружения, принимая дополнительные мероприятия для восприятия сваями горизонтальных нагрузок. 8.3.5. Состав проекта свайных фундаментов Содержание документации на свайные фун- даменты должно соответствовать указаниям СН 202-81® «Инструкции о составе, порядке разработки, согласования и утверждения про- ектно-сметной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений», а ее офор- мление — требованиям государственных стан- дартов системы проектной документации для строительства. Проект свайных фундаментов (при .двух- стадийном проектировании) содержит: пояснительную записку, в которой дается конкретное описание инженерно-геологического строения основания, гидрогеологических осо- бенностей площадки и конструктивных харак- теристик сооружения, технико-экономическое обоснование принятой конструкции свайного фундамента; чертежи, на которых изображаются схема фундаментов и один—три характерных разре- за для определения числа и вертикальной ком- поновки фундаментов, один-два характерных геологических разреза с нанесенными на них сваями и ростверками для обоснования пра- вильности выбора длины и расчетной нагрузки на сваю, схемы отдельных характерных типов ростверков и кустов свай, таблицы расчетных нагрузок на фундаменты. Рабочие чертежи свайных фундаментов, выполняемые на стадиях «рабочий проект» или «рабочая документация», входят в комплект чертежей железобетонных конструкций (КЖ) и содержат: общие данные, в которых помимо перечня листов, стандартов, ссылочных документов, спецификаций, выборок расхода материалов и др. приводится схематический план сооруже- ния с нанесенными осями и привязанными к ним геологическими выработками; общие указания, в которые входят: наи- менования огранизаций, разработавших проект и утвердившей его или выдавшей задание на проектирование, перечень использованных ин- женерно-геологических материалов, абсолютная отметка, принятая условно за 0,00, величина расчетной нагрузки на сваю и ее обоснование, данные о расчетном уровне подземной воды и ее агрессивных свойствах, указания по анти- коррозионной защите свай и ростверков (в случае необходимости), ссылки на источник получения расчетных нагрузок на фундамент, сведения об интенсивности ветровой, снеговой и особой нагрузках, глубине промерзания, дан- ные о нагрузках на полы, расчетные величины абсолютных и относительных деформаций фун- даментов; схемы свайных полей со спецификациями и экспликациями свай; характерные геологические разрезы, на ко- торые наносятся оси здания, абсолютные от- метки концов свай и низа ростверков и кото- рые позволяют оценить правильность погруже- ния свай; схемы ростверков со спецификациями; чертежи кустов или лент ейай, ростверков,
8.4. Конструктивные решения свайных фундаментов 199 узлов их сопряжения между собой, с фунда- ментными балками и другими конструкциями; чертежи железобетонных и арматурных изделий. 8.3.6. Особенности проектирования свайных фундаментов в лессовых просадочных грунтах Свайные фундаменты в лессовых проса- дочных грунтах применяются в том случае, если они позволяют обеспечить требуемые ве- личины абсолютных и. относительных дефор- маций проектируемых зданий и обладают тех- нико-экономическими преимуществами по сравнению с другими способами устройства фундаментов на просадочных лессовых грун- тах. Проектирование свайных фундаментов в просадочных грунтах проводится с учетом возможного полного замачивания грунтов и с обязательной прорезкой сваями всей просадоч- ной толщи. В лессовых просадочных грунтах предпо- чтительно применение: забивных свай, полно- стью прорезающих просадочный слой и за- глубляющихся в непросадочные грунты; на- бивных железобетонных свай с уплотненным забоем или устраиваемых в пробивных сква- жинах; буронабивных свай с уширенной пя- той, опирающейся на непросадочный грунт. Длина свай должна назначаться из усло- вия их опирания на несжимаемые и малосжи- маемые грунты: скальные, полу скальные, круп- нообломочные, плотные песчаные и твердые глинистые. Возможность заглубления свай в другие непросадочные грунты должна особо строго обосновываться расчетами как по не- сущей способности, так и по деформациям. Проектирование фундаментов в просадоч- ных грунтах начинается с детального анализа материалов инженерно-геологических изыска- ний, которые должны содержать: сведения об относительной просадочности, устанавливаемой как по монолитам, отобран- ным из шурфов, так и полевыми испытаниями грунтов штампами в шурфах; сведения о влиянии на проявление проса- док пористости, влажности, содержания гли- нистых частиц, степени их агрегированности, состава цементационных связей; данные о натурных испытаниях свай ста- тической нагрузкой на осевое вдавливание и выдергивание, методика их выполнения; сведения о гидрогеологических условиях площадки и прогноз их изменения в эксплуа- тационный период (возможность подтопления); данные опыта строительства и эксплуата- ции зданий и сооружений в аналогичных ус- ловиях. • В лессовых грунтах II типа по просадоч- ности несущая способность свай должна опре- деляться испытаниями натурных свай статиче- ской нагрузкой с замачиванием грунта на пло- щадке шириной не менее глубины просадочной толщи, которое проводится в течение 4—6 мес. до проявления и стабилизации просадок. В лессовых грунтах I типа по просадочности не- сущая способность свай определяется испыта- ниями натурных или эталонных свай с локаль- ным замачиванием грунта вокруг сваи. Негативное (нагружающее) трение в лес- совых грунтах II типа по просадочности опре- деляется с учетом установленного изыскания- ми направления замачивания (снизу вверх или сверху вниз) на основании: испытаний прорезающих просадочные грунты свай, как незагруженных, так и загру- женных постоянной нагрузкой, в период дли- тельного замачивания; испытаний полностью расположенных в просадочной толще свай статическими вдавли- вающими и выдергивающими нагрузками. В проектах необходимо предусматривать следующие мероприятия: снижение действия сил негативного трения на свайный фундамент путем применения об- мазок на битумных мастиках, устройства во- круг сооружений или фундаментов ограждаю- щих подземных конструкций и др.; применение рихтовочных приспособлений, вывешивания и рихтовки колонн, подкрановых путей, ферм перекрытия, а также более гибких каркасных зданий и железобетонных поясов несущих кирпичных стен, что позволяет допу- скать повышенные абсолютные и неравномер- ные деформации; применение дренажа, обеспечивающего ста- билизацию уровня подземных вод; проведение наблюдений за осадками зда- ний и сооружений и изменением уровня под- земных вод в период эксплуатации. Проектирование свайных фундаментов не- обходимо вести в тесной связи с проектирова- нием всех водонесущих коммуникаций и с пла- нировкой площадки строительства. В период строительства свайных фундаментов должен осуществляться постоянный авторский надзор. 8.4. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ 8.4.1. Свайные фундаменты жилых домов Для жилых домов с несущими стенами свайные фундаменты проектируют ленточны- ми, преимущественно однорядными, которые могут быть:
£00 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов с монолитным железобетонным ростверком, если он устраивается на уровне планировоч- ных отметок или под стенами технического подполья (рис. 8.16, а); со сборным железобетонным ростверком, если он устраивается под стенами 1-го этажа над планировочными отметками (рис. 8.16, б) ; колоннами приведены в сериях 1.411-1 и 1.411-2, а под колонны силосных корпусов зерновых элеваторов — в проекте «Свайные фундаменты из забивных свай для силосных корпусов зерновых элеваторов» (инв. № 14410 института Фундаментпроект). Унифицированные кусты свай, включенные в перечисленные проекты, приведены в табл. 8.21 и 8.22. Диапазоны нагрузок на сваи при- няты 300—1000 кН при сечении 30X30 см, 800—1600 кН при сечении 35x35 и 1000— 1200 кН при сечении 40X40 см. Ростверки приняты монолитными из бетона марок М 150, М 200, М 250, М 300 и запроектированы в со- ответствии с положениями, изложенными в п. 8.3.4. настоящего Справочника. W Рис. 8.16. Свайные фундаменты жилых домов а — с монолитным ростверком; б — со сборным рост- верком; в — безростверковый безростверковыми, когда вместо ростверка могут быть использованы панели 1-го этажа, цокольные или технического подполья (рис. 7.16, в). Для большинства серий жилых домов мас- сового применения действуют типовые проекты свайных фундаментов, особенности проектиро- вания которых детально изложены в рабо- те [2]. Выбор типа свайного фундамента жилого дома должен проводиться с учетом наиболее полного использования несущей способности свай по грунту и материалу и его экономич- ности, включая трудоемкость работ и сроки возведения фундаментов. 8.4.2. Фундаменты из забивных свай для каркасных зданий Конструкция свайных фундаментов и ма- териал для их подбора для одно- и много- этажных зданий с типовыми железобетонными 8.4.3. Фундаменты из буронабивных свай для каркасных зданий Фундаменты из буронабивных свай для одно- и многоэтажных промышленных зданий разработаны институтом Фундаментпроект в 1980 г. (инв. № 14267, вып. 1—4). Конструктивные решения, типоразмеры, принципы армирования и область применения буронабивных свай приведены в п. 8.1.4 настоя- щего Справочника. Унифицированные конструкции свайных групп (кустов) приведены в табл. 8.23 и 8.24. Типовые конструкции включают сваи диамет- ром от 500 до 1200 мм, длиной до 60 м с уши- рением в нижней части или без него. Размеры уширений приняты от 1200 до 1800 мм. Уши- рения целесообразно выполнять в устойчивых связных грунтах. Проектом предусмотрены три марки бето- на свай: М 150, М 200 и М. 300. Унифициро- ванные пространственные армокаркасы состо- ят из продольных рабочих стержней диамет- ром 12—25 мм; поперечная арматура — в виде спирали диаметрами 5, 6 и 8 мм. Число продольных рабочих стержней арматуры — 6—16 шт., шаг спирали — 300 мм. Продоль- ная рабочая арматура принимается из стали класса A-I, А-П, А-Ш, спираль — из стали класса В-I, Вр-1. Пространственная жесткость армокаркасов обеспечивается установкой ко- лец жесткости из полосового железа по ГОСТ 535—79. Предусматривается возможность установки колонны на одну сваю, а при необходимости на группы из двух—пяти свай. Габаритные схемы ростверков приведены для типовых железобетонных прямоугольных колонн сечением 300X300—500x600 мм; двух- ветвевых — 500X1200—1500X1900 мм.
8.4. Конструктивные решения, свайных фундаментов 201 8.4.4. Свайные фундаменты каркасных зданий со сборными ростверками Общий вид свайного фундамента со сбор- ным ростверком под сборную железобетонную колонну показан на рис. 8.17. При сборном ростверке сваи заделываются на 5—10 см без выпусков арматуры в подготовку из бетона марки М 150, назначение которой вырав- Рис. 8.17. Свайный фундамент со сборным стаканным ростверком ТАБЛИЦА 8.25. нивание голов свай. Ростверк устанавливается на подготовку на растворе. Такой фундамент допускается применять при отсутствии выдер- гивающих нагрузок на сваи. Номенклатура сборных ростверков весом до 120 кН под колонны сечениями 40X40 и 60X40 см, разработанная институтом Фунда- ментпроект (инв. № 12530), приведена в табл. 8.25, а их выбор выполняется по табл. 8.26. Свайные фундаменты со сборными рост- верками, выполняемыми на планировочных от- метках или ниже их, как правило, оказываются менее экономичными по сметной стоимости, чем свайные фундаменты с монолитными роствер- ками, поэтому эффективность применения сбор- ных ростверков в каждом конкретном случае должна обосновываться с учетом снижения трудоемкости и сроков строительства. 8.4.5. Безростверковые свайные фундаменты каркасных зданий Фундаменты, состоящие из одной сван, т. е. безростверковые свайные фундаменты, мо- гут применяться при расчетных вертикальных нагрузках до 1000 кН на сваю квадратного сечения, до 3000 кН на полую круглую сваю, до 8000 кН на сваю-оболочку диаметром до 160 см и до 6500 кН на набивную (буронабив- ную) сваю диаметром до 120 см. Безростверковые свайные фундаменты до- пускается применять для одноэтажных и мно- гоэтажных каркасных зданий, силосных кор- пусов, опирающихся на колонны, опор технологических трубопроводов и оборудова- ния, эстакад, надземных галерей, линий элек- РОСТВЕРКОВ НОМЕНКЛАТУРА СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ Марка ростверка Размеры ростверка, мм Расход стали, кг, при марке бетона ростверка Объем, м3 Масса рост- серка, т A В H а b й2 /г3 200 250 300 рост- верка под- го- товки РС 1 1500 1500 1200 260 260 600 300 300 81,5 81,5 93,7 1,45 0,23 3,63 PC 2 1800 1800 1200 410 410 600 300 300 109,3 122,5 122,5 143,7 1,84 0,32 4,60 PC з 1800 1800 1500 410 410 60") 609 30!) 129,1 129,1 2,40 0,32 6,00 PC 4 2400 2100 1200 710 560 600 300 309 131,9 151,5 163,5 1,48 0,50 6,55 PC 5 2400 2100 1500 710 560 600 600 309 172,9 196,5 222,7 3,41 0,50 8,53 PC 6 2400 2400 1500 710 710 600 600 300 216,9 246,1 246,1 3,66 0,58 9,15 PC 7 2400 1500 1200 710 260 600 300 300 136,0 136,0 152,3 1,57 0,36 3,93 PC 8 2400 1500 1500 710 260 600 600 300 174,5 174,5 174,5 2,31 0,36 5,78 PC 9 2700 1800 1500 860 410 600 600 300 240,9 240,9 287,6 3,27 0,49 8,23 PC 10 2700 2700 1500 860 860 600 600 300 236,5 271,1 309,5 4,56 0,73 11,40 PC 11 1500 1500 1200 110 260 600 300 300 93,4 102,0 102,0 1,58 0,23 3,95 PC 12 1800 1800 1200 260 410 600 300 309 117,6 130,8 130,8 2,00 0,32 5,00 PC 13 1800 1800 1500 260 410 600 600 300 155,2 171,6 198,8 2,62 0,32 6,30 PC 14 2400 2100 1200 560 560 600 300 300 149,4 149,4 170,2 2,78 0,50 6,95 PC 15 2400 2100 1500 560 560 600 600 300 169,6 192,0 216,8 3,63 0,50 9,08 PC 16 2400 2400 1500 560 710 600 600 300 232,2 261,4 319,2 ,3,99 0,58 9,98 PC 17 2400 1500 1200 560 260 600 300 300 130,8 130,8 146,1 1,99 0,36 4,98 PC 18 2400 1500 1500 560 260 600 600 300 155,9 155,9 186,0 2,64 0,36 6,60 PC 19 2700 1800 1500 710 410 600 600 300 226,3 226,3 261,0 3,48 0,49 8,70 PC 20 2700 2700 1500 710 860 600 600 300 245,2 279,8 318,2 4,80 0,73 12,00
Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ТАБЛИЦА 8.26. ПОДБОР МАРКИ РОСТВЕРКА Марка куста свай Расстояние между угло- выми сваями, см Расчетная нагруз- ка на сваю. кН, при марке бето- на ростверка Размер сече- ния колон- ны, см Марка рост- верка 200 250 300 ксЗ 82,5X90 700 850 1000 40X40 РС 1 96X120 — 950 600 1000 PC 2 PC з 82,5X90 800 1000 — 60X40 PC 11 96X120 600 1300 750 1600 90р PC 12 PC 13 кс4 90X90 500 650 750 40X40 PC 1 120X90 450 850 550 1050 700 PC 2 PC 3 120X120 750 950 600 1100 PC 2 PC 3 90XS6 600 ’ ссо 750 750 900 900 PC 11 PC 12 120X90 1100 — — 60X40 PC 13 120X120 — 550 950 650 1100 PC 12 PC 13 кс5 130X130 350 650 450 800 500 950 40X40 PC 2 PC 3 180X180 700 850 1050 PC 6 130X130 450 750 550 950 650 1100 60X40 PC 12 PC 13 180X180 750 950 1100 PC 16 Продолжение табл. 8.26 Марка куста свай Расстояние между угло- выми свая- ми, см Расчетная нагруз- ка на сваю, кН, при марке бетона ростверка Размер сече- ния колонны, см Марка рост- верка 200 250 300 кеб 180X90 350 650 400 750 500 900 40X40 РС 7 РС 8 210X120 650 800 1000 РС 9 180X90 400 500 850 600 1050 60X40 РС 17 РС 18 210X120 750 900 1050 РС 19 кс7 190X160 500 300 650 350 750 40X40 РС 4 РС 5 210X180 — 600 .700 РС 10 190X160 550 300 650 350 750 60X40 РС 14 РС 15 210Х180 — 650 750 РС 20 кс8 190X160 450 550 300 650 60X40 РС 14 РС 15 210X180 — 600 700 РС 20 190X160 500 300 600 350 700 РС 14 РС 15 210X180 — 550 700 РС 20 кс9 180X180 350 450 500 40X40 РС 6 400 500 600 60X40 РС 16 210X180 —- —- 550 РС 20 тропередач. Примеры сооружений на безрост- верковых свайных фундаментах показаны на рис. 8.18, а примеры сопряжения свай с ко- лоннами и опорными балками — на рис. 8.19— 8.22. Конструкции безростверковых свайных фундаментов и материалы для их проектирова- ния разработаны институтом Фундаментпроект применительно к сваям квадратного сечения и буронабивным сваям (инв. № 12857), полым круглым сваям и сваям-оболочкам (инв. № 12431 и 13185). 8.4.6. Фундаменты из свайных полей Для высотных каркасных зданий, силос- ных корпусов, доменных печей, промышленных труб, опор цементных печей, резервуаров и др. в случаях, когда не обеспечиваются предель- ные абсолютные и относительные деформации для фундаментных плит на естественном ос- новании, сложенном текучими и мягкопластич- ными глинистыми грунтами, рыхлыми песками, илами, торфами, насыпями, просадочными грун- тами, которые, как правило, прорезаются сваями, целесообразно применять фундамен- ты из свайных полей (рис. 8.23). Применение свайных полей в таких грунтах обеспечивает снижение деформаций сооруже- ний в 3—5 и более раз по сравнению с фун- даментами на естественном основании. Сваи в полях целесообразно располагать по прямоугольной сетке под прямоугольными сооружениями и по радиальным прямым под круглыми сооружениями. Для сооружений с несущими стенами (отдельные силосные баш- ни, промышленные трубы) рекомендуются кольцевые свайные поля.
8.4. Конструктивные решения свайных фундаментов 203 Рис. 8.18. Безростверковые свайные фундаменты а — из забивных свай; б — из набивных свай; I—под технологические трубопроводы; II — под транспортные галереи; III — под горизонтальные емкости; IV — под опоры ЛЭП; V — под многоэтажные здания; VI — под электролизные ванны Рис. 8.19. Сопряжение забивной сваи с колонной а — средней; б — наружной; в — средней при срубке головы сваи; 1 — колонна; 2 — насадка; 3 — свая Рис. 8.20. Сопряжение сваи с опорными балками а — при b^d- б — при b<d; в — при стыке двух ба- лок; г — с концевой балкой; д — с помощью оголов- ка; 1 — балка; 2— сварной стык: 3 — свая; 4 — ого- 'ловок Сопряжение свай с плитным ростверком производится путем заделки в ростверк голов свай на 5—10 см без выпусков арматуры, Же- Плитные ростверки следует принимать с наименьшей глубиной заложения, диктуемой технологическими требованиями.
204 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Рис. 8.21. Сопряжение набивной сваи с колонной а — с помощью кольцевой насадки; б — устройством стакана в свае; в — сварным стыком; 1 — колонна; 2— насадка; 3 — свая; 4 — сварной стык ЗАЛ. Свайные фундаменты вблизи заглубленных сооружений и фундаментов под оборудование В практике встречаются два основных случая: когда после сооружения свайного фун- дамента необходимо выполнить вблизи него заглубленное помещение (рис. 8.24) или ког- да свайный фундамент должен возводиться вблизи существующего заглубленного здания или сооружения (рис. 8.25). Из рис. 8.24 видно, что наиболее неблаго- приятным для работы свайного фундамента является вариант, когда отметка низа заглуб- ленного помещения находится ниже отметки Рис. 8.22. Сопряжение полой круглой сваи и сваи-оболочки с цщ колонной а — бесстаканное; б — с помо- щью кольцевой насадки; в — с устройством монолитного стака- на; г — раструбное; 1 — колон- на: 2 — монолитный бетон; 3 — песок; 4 — свая; 5 — насадка; 6—монолитный стакан; 7.— рас- труб Рис. 8.23. Фундамент из свайного поля сткая заделка свай с выпусками арматуры применяется при действии на сваю выдергиваю- щих нагрузок. Возможно комбинированное со- пряжение свай с плитным ростверком: по пе- риметру — с выпусками арматуры, в цент- ральной части — без выпусков. подошвы ростверка. Поэтому при проектиро- вании свайных фундаментов_ необходимо учи- тывать^ дополнительное горизонтальное дав- ление от грунта в строительный период при односторонней отрывке фундамента, если за- глубленное сооружение возводится открытым способом. В обоих показанных случаях ограничени- ем является заданный размер приближения заглубленного сооружения к фундаменту, а вы- бор конструкции свай определяется не только инженерно-геологическими условиями площад- ки, но и величиной дополнительной горизон- тальной нагрузки передаваемой на сваи. Например, при сооружении главных кор- пусов Камского комплекса по производству большегрузных автомобилей КамАЗ фунда- менты под колонны зданий, располагаемые вблизи тоннелей стружкоуборки с отметкой заложения их низа в среднем —9,00 м, выпол- нялись из двух — четырех буронабивных свай диаметром 1000—1200 мм, которые откапыва- лись на 7—9 и со стороны котлована для уст- ройства тоннеля сборномонолитной конструк- ции. При проектировании свайных фундамен- тов здания или сооружения, пристраиваемого к уже существующему (см. рис. 8.25), необходим мо учитывать тип и конструкции фундаментов последнего. Кроме того, необходимо учитывать со- стояние и тип конструкций существующего здания, а также характеристики действующе- го технологического оборудования для выявле- ния динамического воздействия при производ- стве свайных работ. Проектирование свайных фундаментов вблизи существующих зданий и сооружений следует выполнять с учетом рекомендаций, из- ложенных в «Инструкции по забивке свай вблизи зданий и сооружений», ВСН 358-76 (М., ЦБНТИ Минмонтажспецстроя СССР, 1976).
8.5. Выполнение свайных работ 205 Рис. 8.24. Устройство заглубленного поме- щения вблизи свайного фундамента при отметке заложения низа помещения а — выше подошвы ростверка; б — ниже подошвы ростверка; * 1— сваи; 2— рост- верк; 3 — пол здания; 4 — колонна; 5 — за- глубленное помещение Рис. 8.25. Свайные фундаменты вблизи существующего здания а — на свайном фундаменте; б—на столб- чатых фундаментах 8.4.8, Бескотлованные свайные фундаменты В отдельных случаях свайные фундаменты могут выполняться с планировочных отметок, а ростверки (сборные или монолитные) распо- лагаться выше этих отметок. Такие конструк- ции называются бескотлованными. Они целе- сообразны для объектов, имеющих большую протяженность или занимающих большую пло- щадь, а также при строительстве в стесненных условиях. Рис. 8.28. Бескотловаиная конструкция свайного фун- дамента под опоры трубопроводов 1 — свая; 2 — ригель; 3 — трубопроводы Бескотлованные свайные фундаменты по- лучили применение при строительстве опор эс- такад, технологических трубопроводов, фун- даментов под отдельно стоящие емкости и под прочее оборудование. Для отдельных промышленных зданий, в которых технологическое оборудование при- поднято над отметкой 0,00, а габариты рост- верков не влияют на размер используемых про- изводственных площадей, также оказывается возможным применять конструкцию этого ти- па. На рис. 8.26 приведена конструкция бес- котлованных свайных фундаментов для опор трубопроводов. 8.5. ВЫПОЛНЕНИЕ СВАЙНЫХ РАБОТ Для выполнения свайных работ применя- ется оборудование, которое можно подразде- лить на основное и вспомогательное. К основ- ному оборудованию относятся: копры и молоты для погружения свай заводского изготовления; буровые станки для изготовления буронабив- ных свай; крановое оборудование, используе- мое для навесных копровых стрел или буро- вых рабочих органов; автобетоносмесители большой вместимости, приготовляющие и до- ставляющие литую бетонную смесь для буро- набивных свай. К вспомогательному оборудо-
206 Глава 8. Проектирование сваЯяых фундаментов ванию относятся машины и механизмы обще- строительного назначения (автотранспортные средства, машины для земляных работ, погру- зочно-разгрузочные средства, компрессоры, обо- рудование для сварочных работ и т. п.). К вспомогательному оборудованию можно от- нести также свайные наголовники, инвентар- ные хомуты для срезки голов свай, отбойные молотки, бетонолитные трубы, бункера и бадьи для приемки и укладки бетонной смеси. Для контроля качества выполнения свай- ных работ используются приборы и оборудо- вание, к которым относятся геодезические ин- струменты, отказомеры, гаммаплотномеры, приборы для неразрушающих способов опре- деления марок бетона свай и ростверков, фак- тических величин защитного слоя бетона и т. п. 8.5.1. Погружение свай заводского изготовления Сваи заводского изготовления погружаются в грунт забивкой с помощью молотов, вибро- погружением с помощью вибропогружателей, вдавливанием (или вибровдавливанием) с по- мощью специальных агрегатов. Наиболее широкое применение на объек- тах промышленного и гражданского строитель- ства получил способ забивки, а на объектах транспортного и гидротехнического строитель- ства — способ вибропогружения. Существует два метода погружения свай: с помощью копров, когда молот (или вибропо- гружатель) закрепляется в направляющих коп- ровой стрелы, служащей для удерживания сваи в заданном (вертикальном или наклонном) положении в течение всего периода погруже- ния; бескопровый, когда молот (или вибропо- гружатель), подвешенный на крюке крана, ТАБЛИЦА 8.27. ТЕХНИЧЕСКАЯ устанавливается на голову сваи, которая удер- живается в заданном положении инвентарным металлическим или деревянным кондуктором. Последний метод применяется главным обра- зом для погружения свай и свай-оболочек в транспортном и гидротехническом строитель- стве. По конструктивным особенностям копры подразделяются на рельсовые, самоходные и навесные. Технические характеристики копров приведены в табл. 8.27 и 8.28. Рельсовые копры применяются, как прави- ло, при погружении свай большой длины (до 20 м) и массы (до 8 т), а также в тех случа- ях, когда площадка строительства сложена от поверхности слабыми грунтами и давление на грунты дна котлована не может быть более 0,05 МПа. Самоходные копры на базе тракторов и трубоукладчиков применяются главным обра- зом в случаях, когда длина погружаемых свай массой до 1 т не превышает 12 м, а свайные фундаменты спроектированы в виде лент. Навесное копровое оборудование на экска- ваторах и кранах применяется для погружения свай, расположенных в плане в виде лент или групп (кустов) при длине до 14 м и массе до 6 т. Молоты, используемые для погружения свай, по конструктивным особенностям подраз- деляются на механические, паровоздушные одиночного действия, дизельные штанговые и трубчатые, вибропогружатели. Механические молоты представляют собой чугунные или стальные болванки, устанавли- ваемые в направляющих копровой стрелы и поднимаемые на требуемую высоту лебедкой. Сброс осуществляется механическим устройст- вом. Масса механических молотов обычно не КОПРОВ НА РЕЛЬСОВОМ ХОДУ ХАРАКТЕРИСТИКА Показатель Простые и механизированные копры Универсальные копры КП-8 КП-12 С-1906 С-582 КП-20М С-995 С-908 КУ-20 СП-56 СП-55 Полезная высота мачты, м 8 12 12 17,5 20 12 16 20 20 25 Полная высота копра, м . . 15 19,5 18 23,4 28 18,3 23 28,2 28,2- 36,2 Грузоподъемность, т . . . Рабочий наклон мачты: 7,5 8,5 10 9 21 8,5 12 20 20 30 назад — • 1:3 1 :3 — 1:3 1:3 1:3 1:3 1:3 вперед — —- 1:6 1:9 — 1:3 1:6 1:10 1:8 1:8 Установочный наклон (впра- во, влево), град — .— До 1,5 — — До 1,5 До 1,5 —. До 1,5 До 1,5 Угол поворота платформы, град Изменение вылета мачты, м 360 360 360 360 — — 1,2 .— — 1.2 1,2 1,2 1,35 1,35 Удлинение направляющих ниже головки рельсов, м . — 4 — .— 3,5 4 4 4 4 Ширина колеи, м . . . . Масса, т: 3,4 3,4 4 5,5 5,5 4 4 5,5 6 6 копра без противовеса и 7,73 32,5 20,8 36,9 52,5 молота . 13,6 22,1 И 49 57 противовеса . 4 4,3 14 -— 15,1 21 21 11,7 31,2 57 максимальная молота . 3,5 4,5 6 4,2 8,5 4,5 6 8,5 1'2 17 Полная установленная мощ- ность электродвигателя, кВт 28,4 49,2 31,5 10 78,2 26,8 46 92,2 66 89
8.5. Выполнение свайных работ ТАБЛИЦА 8.28. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА НАВЕСНОГО И СМЕННОГО КОПРОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА БАЗЕ ТРАКТОРОВ И ЭКСКАВАТОРОВ Показатель Копровое оборудование марки Навесное обору- дование на экскаваторы С-870 С-878К СП-49 КО-16 С-860 СП-50С Полезная высота мачты, м 8,5 8,5 12 16 10 12 ю 14 Полная высота коп- ра, м . . . . . . . 13 13 19 23 15,5 19 14,7 21 Грузоподъемность, т 5,4 7 7 15 10 11 10 15 Рабочий наклон мач- ты: назад 1:3 1:3 1:3 1 S3 1:10 1:3 . вперед 1:10 1:4 1:4 1:4 1:10 1:8 .— —- Установочный наклон (вправо, влево) . . . Г. 10 1:8 1:8 1:8 1:10 1:10 — — Угол поворота мачты вокруг оси копра, град . 360 360 350 36Э Максимальное изме- нение вылета мачты, м 0,7 0,7 1 0,5 0,5 - -- Ширина направляю- щих для молота, мм 360 ЯКО 360 360 360 360 ' 369 360 Базовая машина . . Т-100М Т-100М Т-160ГП Э-652А ЭО-5111АС Э-652 Э-1004 и Масса копрового обо- рудования, т: без молота . . . 4,5 5,8 Т-100МБТП 9,3 3,8 8 3,5 Э-1252 6,5 агрегата в целом 19 20,3 26,4 — 27 44,2 26 40 Удельное давление на грунт, МПа . . 0,06 0,065 0,06 — 0,087 0,08 0,08 0,085 превышает 5 т, а частота ударов — 4—12 в 1 мин. В связи с низкой производительностью механические молоты широкого применения не получили. Паровоздушные молоты применяют, как правило, для погружения свай массой до 8 т. Эти молоты позволяют за счет регулирования высоты подъема ударной части изменять энер- гию удара. Их применение не зависит от оса- док свай при погружении и от температуры окружающего воздуха. Недостатками паровоз- душных молотов являются отсутствие энерге- тической автономности и необходимость обес- печения их компрессорами (или паровыми кот- лами) большой производительности. Энергетической автономностью обладают дизельные молоты. Штанговые дизельные мо- лоты предназначены для погружения деревян- ных и железобетонных свай массой до 2,5 т. Трубчатые дизельные молоты обладают более высокой по сравнению со штанговыми энергией удара и применяются для погружения железо- бетонных свай массой до 6 т. Недостатком дизельных молотов являются ограниченные возможности в регулировании энергии удара, плохая заводимость при осад- ках свай более 200 мм (когда молот работает в режиме свободного сброса) и понижение ра- ботоспособности при нагревании. Технические характеристики молотов, при- меняемых для погружения свай, приведены в табл. 8.29—8.32. Вибропогружатели, характеристики кото- рых приведены в табл. 8.32, применяются глав- ным образом для погружения железобетонных полых круглых свай и свай-оболочек или иног- да призматических свай большой (20 м) длины. При сооружении свайных фундаментов для объектов жилищно-гражданского и про- мышленного строительства наибольшее приме- нение находят дизельные молоты (штанговые и трубчатые), на объектах транспортного и гидротехнического строительства — паровоз- душные молоты и вибропогружатели. Подбор копрового оборудования произво- дится при следующих условиях: давление на грунт не должно превышать допустимое; ко- пер должен обеспечивать заданную точность погружения свай в плане и по вертикали; дли- на свай не должна превышать полезной высоты стрелы; грузоподъемность копра должна быть больше или равна сумме масс сваи, наголовни- ка и полной массы молота. 8.5.2, Подбор молота для погружения свай Успешное применение сваепогружающих средств зависит от правильного выбора молота или вибропогружателя. Выбрать молот (в первом приближении) можно по отношению веса ударной части мо- лота к весу сваи, которое должно быть для штанговых дизель-молотов и молотов одиноч- ного действия не менее 1,5 при плотных грун- тах, 1,25 при грунтах средней плотности и 1 при слабых водонасыщенных грунтах. Подбор молота производится также и по приведенной ниже методике. Исходя из принятой в проекте расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, определяется
208 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ТАБЛИЦА '8.29. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРОВОЗДУШНЫХ МОЛОТОВ Молоты простого действия с управлением ручным полуавтоматическим автоматическим Показатель ВП-3000 В П-4250 । ВП-6500 ВП-8000 о ю 1 g О со СО к С С С о о со б 00 S S < о о о б Масса, кг: ударной части 3000 ' 4250 6500 8000 1800 3000 6000 6000 8000 молота общая 3267 4528 6811 8695 2700 4150 8650 8200 11000 Энергия удара, кДж 37,5 43,2 89,7 110,0 27,0 39,0 82,0 82,0 100,0 Число ударов в 1 мин ..... 8—12 8—12 8—12 8—12 До 30 До 30 До 30 40—50 35—40 Высота подъема, ММ , в и . . . 1250 1250 1250 1250 1500 1300 1370 1370 1370 Объемный расход воздуха, м’/мин . 9—11 11—15 16—20 18—26 10 14 30 18—20 26 Массовый расход пара, кг/ч . . . 500—550 600—750 1100— 1200— 545 700 1470 1250 1500 Габариты, мм: длина . , . . 1300 1500 810 1180 1410 1070 1070 ширина . - . — г-,,,» .— 780 900 880 1150 1270 высота « а « 2850 2820 3,S5 2580 4840 4840 4960 4730 4730 ТАБЛИЦА 8.30. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ШТАНГОВЫХ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТОВ Дизель-молоты с охлаждением Показатель подвижными неподвижными ДБ-45 | ДМ-58 ДМ-150 ДМ-150а С-222 С-268 С-330 С-ЗЗОА Масса, кг: ударной части 140 180 190 240 1200 1800 2500 2500 молота общая 260 315 340 350 2300 3100 4200 4500 Энергия удара, кДж Число ударов в 1 1,50 1,50 1,95—2,00 — — р—. 1 мин 96—100 100—110 100 60—65 50—55 50—55 42—50 42—50 Наибольшая вы- сота подъема ударной части молота, мм . . , Габариты, мм: 1000 1000 1000 1250 1790 2100 2600 870 2500 870 длина . , . 500 I 550 620 650 850 900 ширина . . . 360 400 450 450 800 820 980 1000 высота . . . 1715 1940 1970 1980 3360 3820 4540 4760 Размер сечения или диаметр по- гружаемых свай, СМ 20* 18—22* 18—22* 18—22* До 30X30** * Деревянные сваи. ** Железобетонные сваи. ТРУБЧАТЫХ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТОВ ТАБЛИЦА 8.31. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Дизель-молоты с охлаждением Показатель водяным воздушным С-994 С-995 С-996 и С-996 хл С-1047, С-1047 хл С-1048 и С-1048 хл С-859 С-949 С-954 С-974 Масса ударной части, кг Высота подскока ударной 600 1250 1800 2500 3500 1800 2500 3500 5000 части, мм: наибольшая ..... 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 наименьшая 2000+ 2000+, 2000+ 2000+ 2000+ 2000±j 2000+ 2000+ 2000+ +200 ±200 ±200 + 200 ±200 +200 +200 ±200 ±200 Энергия удара (при высоте подскока 2500 мм), кДж . Число ударов в 1 мин, не 9,0 19,0 27,0 37,0 52,0 27,0 38,0 52,0 76,0 44 менее 44 44 44 44 44 44 44 44 Масса молота с кошкой, кг Габариты, мм: 1500 2600 3650 5500 7650 3500 5000 7500 10 100 длина . 640 720 765 840 890 700 720 890 »—«« ширина 470 520 600 950 1000 790 Г-. 1000 высота , 3825 3955 4335 4970 5150 4190 4970 5080 5520
8.5. Выполнение свайных работ 209 ТАБЛИЦА 8.32. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИБРОПОГРУЖАТЕЛЕЙ Марка вибро- погружателя Номинальная мощность элект- родвигателя, кВт Статический мо- мент массы де- балансов, кН-см Частота колеба- ний в 1 мин Возмущающая сила, кН Масса вибро- погружателя, кг ВПП-2А 40 1 000 1500 250 2 200 ВП-1 60 9 300 420 185 4 500 ВП-ЗМ 100 26 300 408 442 7 500 ВРП-30/120 2X60 33 000 300—573 До 960 10 200 ВУ-1,6' 2X75 34 600 458 960 11 900 ВП-170М 200 50 000 475—550 1000—1690 12 500 ВРП-60/200 2X100 60 000 300—460 До 1700 15 000 ВУ-3 2 X 2000 99 400 500—550 2800—3400 27 600 Примечания: 1. Вибропогружатели ВУ-1,6, ВРП-60/200 и ВУ-3 имеют проходное отверстие для изв- лечения грунта из полости свай-оболочек. 2. Вибропогружатели марки ВРП-30/120 и ВРП-60/200 поз- воляют бесступенчато регулировать момент дебалансов и скорости их вращения в процессе погружения сваи-оболочки в зависимости от проходимых грунтов. минимальная энергия удара Э по формуле Э = 1,T5aFv, (8.21) где а — коэффициент, равный 25 Дж/кН; Fv~-рас- четная нагрузка, допускаемая на сваю и принятая в проекте, кН. Затем по таблицам технических характе- ристик молота подбирается такой молот, энер- гия удара которого соответствует минималь- ной. Далее производится проверка пригодности принятого молота по условию (Gh + Gb)/9p<Km, (8.22) где Эр—расчетная энергия удара, Дж; G^— полный вес молота, Н; G & — вес сваи, наголовника и под- бабка, Н; Кт — коэффициент, приведенный в табл. 8.33. ТАБЛИЦА 8.33. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА Тип молота Кт при сваях железо- бетонных деревян-’ ных Трубчатые дизель-молоты и молоты двойного действия 6 5 Молоты одиночного действия и штанговые дизель-молоты 5 3,5 Подвесные молоты . . . 3 2 Примечание. При забивке стального шпун- та, а также при погружении свай любого типа с под- мывом значения коэффициентов увеличиваются в 1,5 раза. Для дизель-молотов расчетная энергия уда- ра принимается: для трубчатых 9P = Q,9Ghhm.-. для штанговых Эр = 0,4С/г/гт (где Gh—вес ударной части молота, кН; hm — фактическая высота падения ударной части молота, м, при выборе молотов, принимаемая на стадии окон- чания забивки свай для трубчатых /гт = 2,8 м, а для штанговых при весе ударных частей 125, 180, 250 Н — соответственно 1,7; 2 и 2,2 м). Если при погружении ожидается прореза- ние сваей плотных прослоек, необходимо при- менять молоты с большей энергией удара. При выборе молотов для погружения на- клонных свай следует энергию удара Э уве- личить на коэффициент, принимаемый равным 1,1 при наклоне сваи 5: 1; 1,25 при наклоне 3 : 1; 1,7 при наклоне 1 : 1. Необходимую марку вибропогружателя в зависимости от грунтовых условий и глубины погружения подбирают по отношению Ko/Gb (где До — статический момент массы дебалан- сов; Gb — суммарная масса сваи или сваи-обо- лочки, наголовника и вибропогружателя, кг). Для вибропогружателей со скоростью враще- ния дебалансов 300—500 мин-1 отношения Ko/Gb должны быть не менее приведенных в табл. 8.34. Рекомендуемые типы вибропогружателей в зависимости от параметров погружаемых свай и грунтов приводятся в табл. 8.35. Если сваями необходимо пройти плотные прослойки, в целях сокращения продолжи- тельности забивки сваи, обеспечения ее со- хранности и погружения до заданных отметок применяются лидерные скважины или подмыв. Лидерные скважины применяются главным об- разом в устойчивых глинистых грунтах, где не требуется крепление стенок скважины. В ос- тальных случаях при соответствующем обосно- вании применяется подмыв. Лидерные скважины для призматических К свай делаются обычно^диаметром на 5 см ме- нее диагонали поперечного сечения погружае- мой сваи на глубину до подошвы плотной про- слойки. Для свай, выполняемых буроопускным способом, диаметр скважины должен быть не менее диагонали поперечного сечения встав- ляемой сваи, а глубина скважины должна рав- няться проектной длине сваи. Подмыв свай производится с помощью спе- циальных подмывных устройств, насосов и ру- кавов для подачи воды под напором 50— 200 м. Для подмыва обычно применяют сталь- ные трубы диаметром 38—62 мм, снабженные наконечниками с одним или несколькими от- верстиями диаметром 15 мм.
210 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов ТАБЛИЦА 8.34. ЗНАЧЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ /Со/б/, Прорезаемые сваей грунты Способ погружения свай Kn/Gb , см, погруж До 15 при глубине ения, м более 15 Легкие: водонасыщенные пески, илы, мягко- и текучепластичные глинистые грунты Средние: влажные пески, туго- и мяг- копластичные глины и суглинки Тяжелые: твердые или полутвердые глины, пески гравелистые Без подмыва и извлечения грунта из оболочек Периодический подмыв и удаление грунта из оболочек Подмыв с удалением грунта из оболо- чек ниже ножа 0,8 1,1 1,3 1,0 1,3 1.6 ТАБЛИЦА 8.35. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТИПЫ ВИБРОПОГРУЖАТЕЛЕЙ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ ПОГРУЖАЕМЫХ СВАЙ В ГРУНТЕ Тип сваи Размеры по- перечных сечений или диаметр сваи, см Грунт (см. табл. 8.34) Глубина по- гружения, м Рекомендуемые марки вибропогружателей Железобетонные призматические сваи До 35X35 Легкий Средний До 15 ВП-1 ВП-1; ВП-ЗМ Легкий Средний Более 15 ВП-1 ВП-ЗМ ДО 45X45 Легкий Средний То же ВП-ЗМ ВРП-30/120 Железобетонные полые круглые сваи л 40—60 Легкий Средний До 15 ВП-1 ВП-ЗМ Легкий Средний Более 15 ВП-ЗМ ВРП-30/120 Железобетонные сваи-оболочки 80—120 Легкий Средний Более 15 ВП-ЗМ ВП-ЗМ; ВРП-30/120 Легкий Средний То же ВП-ЗМ ВРП-30/120; ВУ-1,6 160 Легкий Средний До 15 ВП-ЗМ ВРП-30/120; ВУ-1,6 Легкий Средний Более 15 ВУ-1,6 ВП-170М; ВРП-60/200 Для создания требуемых напора и расхода воды применяются центробежные насосы пода- чей 30—540 м3/ч, создающие напор от 50— 240 м. Эти насосы имеют массу 100—200 кг и приводятся в движение электродвигателями мощностью примерно 15—100 кВт. Наиболее мощные насосы имеют массу 1550—2920 кг, а мощность электродвигателя—.125—350 кВт. Для подачи воды применяются резино-ткане- вые напорные рукава внутренним диаметром от 9 до 65 мм, рассчитанные на рабочее давле- ние 0,15—0,2 МПа. Отметка подошвы размыва должна быть не менее чем на 2—3 м выше проектной от- метки низа свай, что устанавливается опытным путем. 8.5.3. Изготовление буронабивных свай Как отмечалось в п. 8.1.4, классификация буронабивных свай построена в зависимости от особенностей технологии изготовления, включающей три основных элемента: бурение скважин, установку армокаркаса, укладку бе- тонной смеси. Наиболее просто указанные элементы тех- нологии изготовления буронабивных свай вы- полняются для свай типа БСС и БССМ. После того как пробурена скважина, производится за- чистка (или уплотнение) забоя, устанавлива- ется армокаркас и укладывается литая бетон- ная смесь.
8.5. Выполнение свайных работ 211 ТАБЛИЦА 8.36. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ Показатель Передвижные бетономешалки Стационарные бетономешалки Автобетономешалки (миксеры) СБ-27 (С-674А) СБ-28 (С-675) СБ-30 (С-739) СБ-15 (С-ЗЗЗГ) СБ-91 сб-юа (С-302И) СБ-3 (С-230А) СБ-69 (С-1036) СБ-92 Вместимость смеси- тельного барабана, л Объем готового за- 100 100 250 500 750 1200 2400 6100 6100 меса, л 65 65 165 330 500 . 800 1600 2500 4000 Частота вращения смесительного бара- бана, мии 1 .... Мощность электро- 23 23 4,4* 20 18,2 18 17 12,6 8,5—12 29,4* 9—14,5 36,7* двигателя. кВт . . Габариты, мм: "‘длина . . . . 0,6 1 2,8 4 13 25 1680 1900 1915 2260 1750 3725 3432 6630 8030 ширина о . . 1030 1030 1590 2180 2000 2730 4180 2550 2650 высота •• 1340 1340 2250 1920 1800 2526 3323 3420 3520 * Двигатель внутреннего сгорания. Для свай типа БСЗГ бурение скважин осу- ществляется с закреплением стенок скважин глинистым раствором. При выполнении свай этого типа наиболее сложным является обеспе- чение чистоты забоя в связи с заполнением скважины глинистым раствором, а также вы- полнение процесса укладки бетонной смеси подводным способом методом ВПТ. Бурение скважин для свай типа БСВ0 про- изводится с закреплением стенок скважин оставляемыми обсадными трубами. В этом слу- чае также наиболее сложно обеспечить зачист- ку забоя скважин, так как скважины обычно бурятся станками ударно-канатного бурения, у которых инструментом для зачистки забоя является желонка — металлический стакан с клапаном в нижней части. Даже после тща- тельной зачистки толщина бурового шлама на забое составляет 5—10 см, что является при- чиной недостаточной несущей способности свай или больших осадок свай под нагрузкой. Для снижения отрицательного влияния бурового шлама, оставляемого на забое скважины, не- редко укладывают на забой порции жесткой бетонной смеси или цемента, чтобы создать пробку в нижней части сваи. Такой прием дает наилучшие результаты, если обсадной трубой перекрыт водоносный горизонт и в скважине нет воды. Если грунтами основания для свай типа БСВО служат скальные грунты, то для зачистки забоя от бурового шлама можно вос- пользоваться промывкой скважины эрлифтом до осветления воды, выносимой из скважины. В зависимости от наличия или отсутствия во- ды в скважине бетонную смесь укладывают насухо или под водой. Для свай типа БСИ бурение осуществля- ется с закреплением стенок скважины инвен- тарными обсадными трубами. При выполнении свай этого типа (как и свай типа БСВ0) пред- ставляет затруднение зачистка забоя скважи- ны, хотя обычно буровые стенки оборудованы ковшовыми бурами, упрощающими процесс за- чистки. В целом процесс зачистки забоя сква- жины для свай типа БСИ решается так же, как и для свай БСВ0. Наибольшие сложности для выполнения свай БСИ представляют укладка бетонной смеси и извлечение обсад- ных труб, так как необходимо обеспечить тре- буемую пластичность и подвижность бетонной смеси в течение всего технологического процес- са бетонирования, чтобы не получилось разры- ва сплошности ствола сваи или потери инвен- тарных обсадных труб. Опыт применения буронабивных свай раз- личных типов на разных объектах строитель- ства показывает, что основным требованием при устройстве буронабивных свай является обеспечение в необходимых объемах (с задан- ными подвижностью, пластичностью, сроками начала схватывания) литой бетонной смесью, а также обеспечение современными средства- ми ее доставки — автобетоносмесителями боль- шой вместимости, что существенно влияет на качество свайных работ и производительность труда. Применение буронабивных свай требует тщательного анализа всех элементов техноло- гии производства работ, поэтому их изготовле- ние должно выполняться по тщательно разра- ботанному проекту, в котором должны быть учтены особенности принятых конструкций свай и условий площадки строительства, а также возможности местных строительных органи- заций. Технические характеристики буровых стан- ков для приготовления бетонных смесей приве- дены в табл. 8.36 и 8.37. 14*
ТАБЛИЦА 8.37. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БУРОВЫХ СТАНКОВ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАБИВНЫХ СВАЙ Показатель У КС-22 М УКС-ЗОМ БС-1М УРБ-ЗАМ СО-2 СО-1200/2000 СО-1200 НБО-1 МБС-1,7 СП-45 Диаметр, мм: бурения скважины , . 600 900 300 350—400 500—600 1800—1500 1800—1500 600—920 1300—1700 720—1220 уширения основании скважин <«3 — 1800 До 3000 До 2500 1600—2000 До 3500 — Максимальная глубина бу- рения, м . . 300 500 300 20 30 24 28 27 До 28 До 60 Электродвигатель привода: мощность, кВт .... 20 49 55 — 55 75 55 80 75 частота вращения, мин 1 — 109,6; 189,7 313,7 1460 740 — Частота вращения бурового инструмента, мин . . а — — — В"Ч 2,09 6,88 7 2,14 8,4 Скорость бурения скважин, м/ч — — SS До ю До 8 До 8 До 8 4-5 — Базовая машина установки ““ &s=a Экскг Э-1252 ватор Э-1252 Кр МГК-25 или ДКЭ-251 ан МГК-25 Кран-экска- ватор Э-1258Б Экскаватор Э-10011А Масса навесного бурового оборудования, г ..... — F=a 12,6 15,6 12,7 — Габарит установки в рабо- чем положении, м; высота , ...... 5,8 6,2 7,07 23 / • 16 30 — —” 15,8 длина 0 , в Л , 0 „ 2,28 2,64 3,46 11 11 10 а“а 4,78 ширина а 12,7 16,3 15,05 (=«я 3,2 3,2 3,8 — — 9,43 . Масса базовой машины, т . — »“““ я—Ч 38,3 38,3 43,2 43,2 —° ““ Тип изготовляемых свай . БСВП о БСВ0 БСВП о БСВр БСС БСС БСС 1 БСВ0 БСВГ БСИ 212 Глава 8. Проектирование сва&ных
8.5. Выполнение свайных работ 213 ТАБЛИЦА 8.38, ПООПЕРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ ЗА ИЗГОТОВЛЕНИЕМ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ Процесс Контролируемый параметр Кто выполняет Техническая документация Кому перелаются материалы Бурение скважин Планово-высотная привязка свайных групп (кустов) и отдельных свай Геодезическая группа Акты разбивки СУ Фактическое положение свайных групп (кустов) и свай СУ Исполнительная съемка Технадзор, автор-1 ский надзор Бурение скважины (диаметр ствола, уширения; верти- кальность; способ бурения; параметры глинистого рас- твора, если последний при- меняется) СУ, контрольный пост Исполнительная ведомость То же Соответствие фактических данных по геологии приня- тым в проекте Строительная лабо- ратория — группа геологов Журнал работ, акты 3> Наличие воды в скважине То же То же & Наличие вывалов грунта рения скважины) Строительная лабо- ратория —- группа геологов, контроль- ный пост » Состояние забоя скважины после очистки То же Соответствие фактической конструкции армокаркасов принятой в проекте Завод по изготовле- нию армокаркасов, контрольный пост Паспорт, акты Технадзор, автор- ский надзор, СУ Фактическое положение (в СУ, контрольный Исполнительная Технадзор, автор- плане и по высоте) армо- каркаса в скважине пост съемка ский надзор Порядок бурения скважин при кустовом или рядовом расположении в плане (ис- ключение опережающего бу- рения скважины То же Журнал работ То же Укладка бетон- Перерывы между окоичани- СУ, контрольный Журнал работ, Технадзор, автор- ной смеси в сква- ем бурения и началом бето- пост при участии акты скин надзор, жину пирования технадзора служба обеспе- чения Перерывы в процессе бето- нирования То же То же То же Характеристика бетонной смеси Бетонный завод Заводской пас- порт СУ, контрольный пост, технадзор Способ доставки бетонной смеси СУ, контрольный пост при участии тех- надзора Журнал работ СУ, контрольный пост, технадзор Фактическая интенсивность бетонирования То же То же То же Фактический объем бетон- ной смеси, уложенной в скажину Журнал работ, паспорта на бе- тонную смесь Температура воздуха в сква- жине (для зимних условий) То же » Температура окружающего воздуха (для зимних усло- вий) » д> Температура бетонной смеси при отгрузке на бетонном заводе Бетонный завод Температура бетонной сме- си перед укладкой в сква- жину СУ, контрольный пост при участии технадзора » Электропрогрев То же Отбор бетонных кубиков и условия их хранения Журнал работ, паспорта » Осадка конуса бетонной смеси перед укладкой в скважину » То же ТАБЛИЦА 8.39. СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН Контролируемый параметр Способ контроля Тип сваи Состояние скважины Визуальный контроль с лампочкой Сравнение объема грунта выбуренной породы с геометрическим объемом свай По расходу глинистого раствора БСС, БССм, БСВ", БСИ* - О БСВ* О БСБр
214 Глава 8. Проектирование свайных фундаментов Продолженив табл. 8.39 Контролируемый параметр Способ контроля Тип свая Вертикальность скважины Отвесом, инклинометром По длине троса бурового снаряда, лотом БСС, БССМ. БСВ0, БСВГ, БСИ БСС, БСС,., БСВ„, БСВ_, БСИ Размеры скважины Шаблоном По диаметру обсадной трубы По раскрытию лопастей бурового уширителя БСС. БССМ, БСВГ БСВ0, ВСИ БСС, БССМ, БСВГ Состояние забоя скважины Стальным щупом Осветление воды, используемой при промывке БСС, БССМ БСВО, БСИ БСВ0, БСИ, БсВр * При сухой скважине. ТАБЛИЦА 8.40. СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ГОТОВЫХ СВАЙ Контролируемый параметр Способ контроля Тип сваи Сплошность ствола Сравнение объема бетона, фактически уложенного в скважину, с ее геометрическим объемом Бурение стволов с отбором кернов Акустический метод БСС, БССМ, БСВ_, БСИ 1¥1 Ц' БСС, БССМ, БСВО, БСВГ, БСИ БСС, БССМ, БСВ0, БСВр, БСИ Наличие уширения Бурение скважин малого диаметра (36 мм) в зо- не уширения БСС, БССМ, БСВ_ м р Прочность бетона ствола Испытание контрольных кубиков и образцов кернов на раздавливание. По скорости бурения бетона ствола (шарошечное бурение без отбора керна). Склерометрический метод для оценки прочности бетона в голове сваи. Ультразвуковой метод для оценки прочности бетона в голове сваи БСС, БСС,,, БСВ, БСВ , IY1 О Г БСИ 8.5.4. Контроль и приемка свайных фундаментов Контроль и приемка свай и ростверков осуществляются службой технического надзо- ра заказчика с участием авторов проекта свай- ных фундаментов и строителей, выполнивших проект. Приемка свайных фундаментов осуществ- ляется в два приема: после выполнения свай- ных работ и после выполнения работ по устройству ростверков. В процессе выполнения свайных работ и работ по устройству ростверков осуществля- ются авторский надзор и технический надзор заказчика за соблюдением строителями требо- ваний проекта фундаментов, проекта производ- ства работ и за своевременным устранением выявленных дефектов или предупреждением их возникновения. Запрещается устройство ростверков и вы- вод с площадки сваебойного или бурового обо- рудования до устранения дефектов, выявлен- ных в процессе осуществления авторского над- зора и приемки свайного поля. Также запре- щается монтаж конструкций зданий и соору- жений до приемки ростверков. Для приемки свайного поля должна пред- ставляться следующая исполнительная доку- ментация: акт на сдачу-приемку котлована под за- бивку (или изготовление буронабивных) свай; акт на геодезическую разбивку осей зда- ния и фундаментов; паспорта заводов-изготовителей на сваи, сваи-оболочки, армокаркасы и товарный бе- тон (для буронабивных свай и ростверков); исполнительные схемы расположения свай с указанием их отклонений в плане и по вы- соте; журналы забивки свай или свай-оболочек, буровые журналы и журналы бетонирования скважин (для буронабивных свай); сводные ведомости на погруженные забив- ные или изготовленные буронабивные сваи;
8.5. Выполнение свайных работ 215 ' результаты динамических испытаний за- бивных свай и свай-оболочек; результаты статических испытаний свай (если они были предусмотрены); результаты испытаний бетона буронабив- ных свай. ' На основании анализа проектно-изыска- тельских и исполнительных материалов уста- навливаются пригодность свайного поля и воз- можность дальнейшего производства работ. Отбраковка свай заводского изготовления должна выполняться на заводе-изготовителе с тем, чтобы исключить поставку на площадку ТАБЛИЦА 8.41. ДОПУСКАЕМЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ СВАЙ Значение допускаемых отклонений Отклонения при забивке свай квадратного и прямоугольного сечения, полых круглых диамет- ром до 0,5 м при забивке по- лых круглых свай диаметром 0,5—0,8 м при выполнении буронабивных свай диаметром более 0,5 м По глубине сква- жины . ... По диаметру скважины По диаметру уширения . . . По глубине по- гружения . . . при длине: до 10 м более 10 м В плане: а) для одно- рядного рас- положения свайного ряда: поперек оси вдоль оси б) для кустов с расположе- нием свай в два н три ря- да: для край- них свай поперек оси свай- ного ряда для сталь- ных свай И ДЛЯ крайних свай вдоль свайного ряда . . в) при сплош- ном свайном поле под всем зданием или сооружением для свай крайних средних г) для оди- ночных свай под колонну д) для свай- колонн . . По вертикали 0,5 м 1 » 0,2 d 0,3 d 0.2 0,3 &р °’1 2 ьр 0,4 bp 5 cm 3 » 1% 0,5 м 1 » 10 см 15 » 8 см 1% ±100 мм ±50 » ±100 » 10 см 15 см 8 см 1% строительства свай, изготовленных с отклоне- ниями сверх допускаемых по действующим стандартам на сваи. Контроль качества изго- товления буронабивных свай выполняется в со- ответствии'с рекомендациями, приведенными в табл. 8.38—8.40. Отклонения свай в плане не должны превышать допускаемых, приведенных в табл. 8.41. Число свай, имеющих максимальные откло- нения, не~должно“превышать 25 % общего чис- ла „свай при ленточном расположении и 5 % при сваях-оболочках. Вопрос использования сваи, имеющих отклонения сверх допускаемых, - устанавливается автором проекта свайных фундаментов. — Бетонирование ростверка может произво- диться только после приемки свай, устройства подготовки, установки и приемки арматурных сеток, стержней, закладных деталей анкерных плит, болтов (при стальных колоннах) или стаканообразующих вкладышей (при сборных железобетонных колоннах). Следует обращать особое внимание на необходимость надежного крепления анкерных болтов или стаканообра- зующих вкладышей к опалубке, так как от точ- ности их положения зависит точность установ- ки колонн здания или сооружения. Габариты ростверков и высотные отметки их элементов (верха, подошвы, ступеней, дна стакана, если последний предусмотрен, и т. п.) должны соответствовать проектным. Изменения габаритов ростверков, вызванные, например, отклонениями свай в плане сверх допускаемых, забивкой дублированных свай и т. п., должны быть согласованы с авторами проекта подзем- . него хозяйства здания (каналы, приямки, за- глубленные помещения и т. п.). _ При установке опалубки следует следить ’ за тем, чтобы все сваи, предусмотренные про- ч ектом или назначенные дополнительно сваи- дубли, входили в тело ростверка, т. е. находи- лись внутри контура устанавливаемой опа- лубки. Головы свай должны быть срублены на одной заданной в проекте отметке, так как по ним укладывается нижняя арматурная сетка и,. таким образом, от отметок голов свай после срубки зависит требуемое по расчету положе- ние нижней рабочей арматуры ростверка. Ростверк должен изготовляться из бетона проектной марки. Снижение (по сравнению с проектной) марки бетона ростверка может привести к недостаточной его прочности при работе на поперечную силу. Монтаж несущих конструкций здания или сооружения допускается только после приемки ростверков. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Лебедев В. В., Шаляпин Р. С. Приближенное определение осадки круглого заглубленного фунда- мента. — Изв. вузов. Сер: Строительство и архитек- тура, 1970, № 11, с. 36—39. 2. Ободовский А. А. Проектирование свайных фундаментов.—М.: Стройиздат, 1977. — 112 с. 3. Руководство по проектированию свайных фун- даментов. — М.: Стройиздат. 1980. — 150 с. 4. Poulos Н. G. Estimation of pile group settl- ments Ground Eng., march, 1977, s, 10, No. 2O p. 40—49.
Глава 9. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ 9.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА Фундаменты машин и оборудования с ди- намическими нагрузками должны рассчитывать- ся на действие статических и динамических нагрузок и проектироваться таким образом, чтобы обеспечить нормальную работу установ- ленных на них машин и технологического обо- рудования, а также исключить вредное воздей- ствие вибраций на расположенные вблизи строительные конструкции, оборудование и ап- паратуру, обеспечить допустимый уровень виб- раций, соответствующий требованиям санитар- ных норм. При этом фундаменты должны быть экономичными и соответствовать современной технологии производства работ. Статические нагрузки слагаются из веса фундамента и грунта на обрезах фундамента, веса машины и вспомогательного оборудова- ния. Динамические нагрузки, вызываемые дей- ствием неуравновешенных сил и моментов, воз- никающих при возвратно-поступательном, вра- щательном и тому подобном движении масс машины, ударами движущихся или падающих частей, могут быть либо периодическими (не- уравновешенные силы инерции, величина и на- правление которых определяются законами из- менения во времени их главного вектора и главного момента), либо импульсными, удар- ными, представляющими собой отдельные или действующие один за другим удары, толчки и т. п., либо случайными. Периодические на- грузки возникают при работе большинства со- временных машин с установившимся движени- ем (периодического действия) — машин с вра- щающимися частями, с кривошипно-шатунны- ми механизмами, дробилок и др. Импульсные, ударные и случайные нагрузки возникают при работе машин с неустановившимся движением (непериодического действия) — кузнечно-прес- сового оборудования, копровых бойных пло- щадок, мельниц и др. Различают длительные и кратковременные динамические нагрузки. К длительным отно- сятся нагрузки, возникающие при продолжи- тельной работе машин в рабочем режиме, мно- гократные импульсные, ударные и случайные нагрузки. К кратковременным относятся оди- ночные импульсы, кратковременные перегрузки в аварийных режимах, нагрузки, возникающие при переходе через резонанс во время пуска или остановки машины, и пр. Значения динамических и частично стати- ческих нагрузок, как правило, даются заводом- изготовителем в техническом задании на про- ектирование фундамента, В техническом за- дании должны быть указаны: величины нормативных статических нагру- зок от машин и вспомогательного оборудова- ния (общие и раздельно для неподвижных н движущихся частей машины) с указанием ко- ординат точек их приложения и направления их действия; при наличии перемещающихся частей — предельные положения их перемеще- ния; данные об амплитудах, частотах, фазах, местах приложения и направлениях действия динамических нагрузок. При отсутствии указанных данных в за- дании на проектирование динамические нагруз- ки допускается определять по формулам главы СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками» [10] или «Инструкции по опреде- лению динамических нагрузок от машин, уста- новленных на перекрытиях промышленных зда- ний» [3]. Фундаменты машин и их основания рас- считываются по двум группам предельных со- стояний: по первой группе — по несущей спо- собности, по второй группе—по деформациям (колебаниям, прогибам, осадкам), затрудняю- щим нормальную эксплуатацию установленных на этих фундаментах машин и оборудования или соседних объектов, чувствительных к виб- рациям. По первой группе предельных состояний выполняется: проверка среднего статического давления под подошвой для фундаментов на естествен- ном основании или несущей способности осно- вания для свайных фундаментов; эта провер- ка производится для всех без исключения ти- пов машин; расчет прочности отдельных элементов кон- струкции фундамента; расчет выполняется для отдельных элементов рамных и стенчатых фун- даментов, а также для отдельных сечений мас- сивных фундаментов, ослабленных отверстия- ми или выемками; определение (в некоторых случаях) реак- ции основания (сила реакции и реактивный момент). Расчет фундаментов по второй группе пре- дельных состояний включает: определение амплитуд колебаний фунда- ментов или отдельных их элементов; расчет производится в соответствии с главой СНиП «Фундаменты машин с динамическими иагруз-
9.1. Основные положения распета 217 ками. Нормы проектирования» в случаях, ука- занных в этой главе, и является определяю- щим при проектировании фундаментов машин с динамическими нагрузками; определение осадок и деформаций (проги- бов, крена и т. п.) фундаментов или их эле- ментов; эти расчеты выполняются в отдельных' случаях для ответственных сооружений (на- пример, фундаментов турбоагрегатов, фунда- ментов станков) при наличии в задании на про- ектирование технологических требований, огра- ничивающих перемещения и деформации фун- даментов для обеспечения нормальной эксплуатации оборудования. ЭЛЛ. Расчет по первой группе предельных состояний А. ПРОВЕРКА СРЕДНЕГО СТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ПОД ПОДОШВОЙ ДЛЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ При проверке среднего статического дав- ления под подошвой фундамента учитывают- ся только статические нагрузки. Влияние ди- намических нагрузок учитывается коэффици- ентами условий работы грунтов основания усо и yd, зависящими от величины и характера динамического воздействия, типа грунта и дру- гих факторов. Фундаменты машин с динамическими на- грузками проектируются, как правило, доста- точно жесткими, причем общий центр тяжести проектируемого фундамента, машины, засыпки грунта на обрезах и выступах фундамента и центр тяжести площади подошвы фундамента обычно располагаются на одной вертикали. Допускаемый эксцентриситет не должен пре- вышать 3 % размера стороны подошвы фунда- мента, в направлении которой происходит сме- щение центра тяжести, для грунтов с расчет- ным сопротивлением Яо< 150 кПа и 5 % Для грунтов с /?о>15О кПа. Поэтому проверка среднего статического давления под подошвой фундамента при устройстве фундаментов на естественном основании производится в боль- шинстве случаев как при центральном сжатии по формуле / (9.1) где р — среднее давление на основание под подош- вой фундамента от расчетных статических нагрузок (вес фундамента, грунта на его обрезах, машины и вспомогательного оборудования с коэффициентом перегрузки »=1); тс0 —коэффициент условий рабо- ты грунтов основания, учитывающий характер ди- намических нагрузок и ответственность машины (табл. 9-1); ТС1 —коэффициент условий работы грунтов ос- нования, учитывающий возможность возникновения длительных деформаций при действии динамических нагрузок (см. табл. 9.1); R — расчетное сопротивление основания, определяемое учетом размеров и глуби- ны заложения фундамента. ТАБЛИЦА 9.1. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ Vc0 и Машины V Vci С вращающимися частями . . . 0,8 0,7* 1,0 С кривошипно-шатуннырди механиз- мами 1,0 0,6* 1,0 Кузнечные молоты 0,5 0,8** 1,0 Формовочные машины литейного производства и производства сбор- ного железобетона 0,5 0,7** 1,0 Дробилки (щековые, конусные, мо- лотковые) . ......... 0,8 0,7* 1,0 Прессы . 1,0 1,0 Мельничные установки 0,8 0,7* 1,0 Прокатное оборудование .... 1,0 1,0 Примечание. Цифры, отмеченные звездоч- кой, относятся к мелким и пылеватым водонасыщен- ным пескам и глинистым грунтам текучей консистен- ции; цифры, отмеченные двумя звездочками, — ко всем водонасыщенным пескам, к мелким и пылева- тым маловлажным пескам и глинистым грунтам те- кучей консистенции; не отмеченные цифры — ко всем грунтам. Б. ПРОВЕРКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ Расчет свайных фундаментов машин по не- сущей способности грунтов основания произ- водится на основное сочетание нагрузок, при этом расчетная несущая способность грунтов основания одиночной сваи Fa определяется с учетом динамических воздействий. Для свай- стоек и висячих свай эта величина определя- ется по формуле Fd = yPViPFs, (9.2) где Fs — несущая способность сваи в статических условиях, определяемая в зависимости от вида свай и грунтовых условий; Ур,У-[р — коэффициенты усло- вий работы грунтов основания, принимаемые для ви- сячих свай Vp-=0,8, для свай-стоек при проре- зании висячими сваями рыхлых песков любой крупно- сти И влажности, мелких и пылеватых водонасыщен- ных песков н глинистых грунтов с показателем теку- чести 1 >0,6 коэффициент -у =0,7; при опирании 1.р висячих свай на такие грунты Vj следует опреде- лять по результатам испытаний динамической нагруз- кой; для остальных видов и состояний грунтов," а также для свай-стоек В. РАСЧЕТ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА Расчет прочности производится для от- дельных, подвергающихся действию динамиче- ских нагрузок элементов рамных и стенчатых фундаментов (стоек и ригелей рам, балок, стен, плит, консольных выступов), фундамен- тов плитного или балочного типа, а также от- дельных сечений массивных фундаментов,
218 Глава 9. Проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками ослабленных отверстиями и выемками. Расчет производится по общим правилам, изложенным в главе СНиП «Бетонные и железобетонные кон- струкции», на расчетные нагрузки от веса фун- дамента, машины, вспомогательного оборудо- вания и засыпки грунта, а также на расчетные статически действующие нагрузки, эквивалент- ные максимально возможному воздействию ма- шины. Статические нагрузки, включающие посто- янно действующие нагрузки от веса фундамен- та, машины, вспомогательного оборудования и засыпки грунта, определяются как произведе- ние нормативных значений нагрузок на коэф- фициент перегрузки п. Нагрузки, заменяющие динамическое дей- ствие движущихся частей машины или пред- ставляющие собой какой-либо особый вид си- лового воздействия (например, тягу вакуума, •момент короткого замыкания), определяются по формуле Fd — п, (9.3) где п и и — коэффициенты перегрузки и динамично- сти (табл. 9.2); F п—нормативное значение динами- ческой нагрузки, соответствующее нормальному экс- плуатационному режиму работы машины и прини- маемое по заданию на проектирование, или по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагруз- ками», или по Инструкции [3]. ТАБЛИЦА 9.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПЕРЕГРУЗКИ И ДИНАМИЧНОСТИ ТАБЛИЦА 9.3. ДОПУСКАЕМЫЕ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ Машины Aadm' мм Машины с вращающимися ча- стями при частоте вращения, мин ~'1: менее 500 ............ от 500 до 750 ...... от 750 до 1000 ....... свыше 1000 . . . . . . Машины с кривошипио-шатун- ными механизмами при частоте вращения, мин ~1: более 600 .............. от 600 до 400 ........... от 400 до 200 ........... менее 200 .............. Дробилки (щековые, конусные, молотковые) ................. Кузнечные молоты............. Прессы....................... Формовочные машины литейно- го производства ............. Формовочные машины производ- ства сборного железобетона 0,2 0,15 0,1 По заданию на проектирование 0,1/0,05 0,1—0,15/0,07 0,15—0,25/0,1 0,25(0,3)*/0,15 0,3 0,8**; 1,2 0,25 0,5 По санитарным нормам 0,1 Мельничные установку * Для фундаментов высотой более 5 м. ** При возведении фундаментов на всех водоиа- сыщеиных песках, а также на мелких и пылеватых маловлажных песках. Примечания: 1. Для машин с кривошипно- шатунными механизмами значейия амплитуд, приве- денные перед чертой, относятся к I гармонике, за чертой—ко II гармонике. 2. Для промежуточных значений частоты враще- ния допускаемая амплитуда определяется интерполя- цией. Машины п % % Машины с вращающимися частями прн частоте враще- ния, мин 1; менее 500 ........... от 500 до 1500 . . . . свыше 1500 ......... Машины с кривошипно-ша- тунными механизмами . . Дробилки щековые и конус- ные ..................... 1,3 Дробилки молотковые . . 4 Прокатное оборудование . 1,2 Примечание. T]ft> % — коэффициенты дина- мичности для определения горизонтальных и верти- кальных расчетных динамических нагрузок. 9.1.2. Расчет по второй группе предельных состояний Основным требованием, предъявляемым к фундаментам машин при их проектировании и выборе размеров, является соблюдение усло- вия, чтобы амплитуды колебаний фундамента или отдельных его элементов не превышали допускаемых, принимаемых по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагруз- ками» (табл. 9.3) или в соответствии с за- данием на проектирование фундамента. Расчет колебаний производится на дейст- вие расчетных динамических нагрузок, опреде- ляемых как произведение нормативной дина- мической нагрузки на коэффициент перегруз- ки п— 1. Расчетная схема массивного фундамента под машину при расчете колебаний представ- ляется в виде твердого тела, опирающегося на пружины и демпферы. Масса твердого тела принимается равной сумме масс фундамента и машины, а для свайных фундаментов добавля- ется также и часть массы свай. Податливость пружин моделирует податливость основания фундамента. Предполагается, что сопротивле- ние пружин пропорционально перемещению фундамента, тем самым пружины характеризу- ют только одним параметром — коэффициен- том жесткости. Принимается также, что силы демпфирования пропорциональны скорости ко- лебаний фундамента. В соответствии с такой расчетной схемой [8] вынужденные вертикаль- ные колебания фундамента описываются диф- ференциальным уравнением tnz + Bz'z-\-kz z~ Fz eiat, (9.. 4) а вынужденные горизонтально-вращательные колебания фундамента системой дифферен-
9.2. Определение упругих .и демпфирующих характеристик основания 219 циальных уравнений:.. . mx -j- Вх (х — hi ср ) + kx (х — /гг ср)= = Fxeiat; 0ф — Вх hi (х — hi ф ) — kx hi (х — — hi ф) + ф + (£ф — mgh^ ср = = Mei(i>t (9.5) где т — масса установки (фундамента, машины, грунта) на обрезах фундамента; 0 — момент инерции массы установки относительно оси вращения; В z> В , В — коэффициенты демпфирования основания х Ф для вертикальных, горизонтальных и вращательных колебаний; k , k , коэффициенты жесткости ос- нования при упругом равномерном сжатий, равномер- ном сдвиге и неравномерном сжатии; г, х, <р — соот- ветственно вертикальные и горизонтальные смещения центра тяжести установки и угол поворота фунда- мента относительно осн, проходящей через центр тя- жести установки перпендикулярно плоскости коле- баний; hi — расстояние от общего центра тяжести установки до подошвы фундамента; F Fх, М — вертикальная а горизонтальная составляющие возму- щающих сил и момент от возмущающих сил относи- тельно оси, проходящей через центр тяжести установ- ки перпендикулярно плоскости колебаний; со — угло- вая частота вращения машины, с 1; угловая частота вращения машины связана с периодом Т, с, и часто- той f, Гц, формулой а>=2л,}=2тс]Т. Дифференциальные уравнения свободных колебаний системы соответствуют уравнениям (9.4) и (9.5) при Fz=Fx = M = Q. 9.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УПРУГИХ И ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОСНОВАНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ 9.2.1. Коэффициенты жесткости и демпфирования для фундаментов на естественном основании Основным параметром, характеризующим упругие свойства оснований фундаментов, яв- ляется коэффициент упругого равномерного сжатия Сг. Его следует определять экспери- ментально. При отсутствии экспериментальных данных величину Cz, кН/м3, допускается опре- делять для фундаментов с площадью подош- вы А не более 200 м2 по формуле С2 = Ьов(1+УГА^а), (9.6) где &0 — коэффициент, м 1, принимаемый равным: для песков 1, для супесей и суглинков 1,2, для глин И крупноблочных грунтов 1,5; Е — модуль деформа- ции грунта, кПа, определяемый в соответствии с тре- бованиями главы СНиП «Основания зданий и соору- жений. Нормы проектирования»; /1 — площадь подош- вы фундамента, м2; До=10 м2. Модуль деформации грунта, как правило, должен определяться по результатам полевых штамповых испытаний. При отсутствии таких испытаний допускается пользоваться таблич- ными данными. Для фундаментов с площадью подошвы А, превышающей 200 м2, значение коэффициента С? принимается как для фундаментов с пло- щадью подошвы А =200 м2. Коэффициент Сz характеризует жесткость основания при поступательном вертикальном перемещении фундамента. Помимо Сг в расчетах используются коэф- фициент упругого неравномерного сжатия кН/м3 (при повороте фундамента относительно горизонтальной оси, проходящей через его по- дошву), упругого равномерного сдвига Сх, кН/м3 (при горизонтальном поступательном перемещении фундамента), и упругого' нерав- номерного сдвига' C^, кН/м3 (при вращении относительно вертикальной оси). Их значения принимаются [1]: С =2С ; С = 0,7С ; CP Z X ’ z’ S=Cz- Коэффициенты жесткости для естествен- ных оснований фундаментов определяются по формулам: при вертикальных поступательных колеба- ниях фундамента, kz = CzA; (9.8) при горизонтальных поступательных коле- баниях фундамента kx = CxA-, (9.9) при вращательных колебаниях относитель- но горизонтальной оси, проходящей через по- дошву фундамента, *ф = сф/ф; (9.Ю) при вращательных колебаниях относитель- но вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, (9.7) k^C^, (9.11) ’ где I и I . —• моменты инерции подошвы фундамен- Ф Ф та относительно горизонтальной и вертикальной осей. Основной причиной, определяющей затуха- ния колебаний фундаментов, является потеря энергии на возбуждение упругих волн в грун- те, которые переносят энергию от фундамента в отдаленные от него части грунтового масси- ва, где эта энергия постепенно поглощается за счет неупругого сопротивления грунта. Однако при описании колебаний самого фундамента учет потерь энергии за счет излучения упругих волн удобнее вести в рамках теории вязкого сопротивления, которое зависит от тех же па- раметров, что и жесткость естественного осно- вания, т. е. от вида грунта, его упругих свойств и площади подошвы. Следовательно, коэффи- циенты демпфирования и коэффициенты жест- кости для естественных оснований связаны между собой [2]. Демпфирующие свойства оп- ределяются коэффициентами относительного
220 Глава 9. Проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками демпфирования g (доля критического затуха- ния колебаний), определяемыми, как правило, по результатам испытаний. Коэффициент относительного демпфирова- ния для вертикальных колебаний д- связан с коэффициентом демпфирования упруго-вязко- го основания В? в уравнении (9.4) следующим образом: Bz Bz 2mlz 2 /рг т (9.12) где % — угловая частота свободных вертикальных колебаний установки. При отсутствии экспериментальных дан- ных коэффициент относительного демпфирова- ния при вертикальных колебаниях фундамента допускается определять по формулам: для установившихся (гармонических) ко- лебаний b = 2/l<o; (9.13) для неустановившихся (импульсных) коле- баний Iz = oVeI(CzP), (9.14) где р — среднее статическое давление, кПа, на основа- ние под подошвой фундамента от расчетных статиче- ских нагрузок при коэффициенте перегрузки, рав- ном 1. Значения gz, рассчитанные по формуле (9.13), примерно в 1,5 раза меньше, чем полу- ченные по формуле (9.14). Значения g2 вычис- ляются по формуле (9.13) при определении ам- плитуд вынужденных установившихся колеба- ний и при определении темпа уменьшения ам- плитуд свободных колебаний фундамента в кон- це процесса колебаний (ориентировочно после двух-трех циклов свободных колебаний, воз- бужденных некоторой причиной — ударом, им- пульсом, начальным отклонением и т. п.). Фор- мула (9.14) применима для оценки наиболь- ших перемещений фундамента при свободных колебаниях под действием импульса. Меньшие значения gz, вычисляемые по формуле (9.13), учитывают частичный возврат энергии колеб- лющемуся фундаменту упругими волнами, от- разившимися от более плотных глубоких слоев грунта. Значения коэффициентов относительного демпфирования для горизонтальных колебаний gx и вращательных колебаний относительно го- ризонтальной дф и вертикальной g^ осей при- нимаются: = ^ = 0.5^: ^ = 0.3^. (9.15) Если из опытов известны модули затуха- ния Ф, с, колебаний фундаментов [7], то ко- эффициенты относительного демпфирования можно вычислить по формуле — Фг,х,(р,ф^г,л-,ф,ф/^’ (9.16) где Л. А А и %,—соответственно угловые частоты г х Ф Ф свободных колебаний фундамента — вертикальных, горизонтальных и вращательных относительно гори- зонтальной и вертикальной осей. 9.2.2. Коэффициенты жесткости и демпфирования для свайных фундаментов. Определение приведенной массы При определении податливости сваи ' в вертикальном направлении принята расчет- ная схема в виде сжимаемого стержня в упру- гой винклеровой среде, препятствующей верти- кальным перемещениям каждого сечения стерж- ня (вдоль его оси); торец стержня опирается на пружину. Ниже даны формулы для определения приведенной массы тгеа свайного фундамента и приведенных коэффициентов жесткости kz,re<i, ky.red, kx>red, k^red, которые ИСПОЛЬЗуЮТСЯ В расчетах вертикальных, горизонтально-враща- тельных и крутильных колебаний фундаментов во всех формулах вместо массы т (фундамен- та и машины) и коэффициентов жесткости kz, kqn &х, ^ф- Для вертикальных колебаний фундамен- тов: mred — тТ + р* 2 mPt'' (9-17) 1=1 - 8 th 8/4-а k-zjed = NEbt р ; (9.18) р os th р/ ^=k1/]/"E^d; a=--C':z/EbV (9.19) где тг — общая масса ростверка с установленной на нем машиной, т; тр; — масса i-й сваи, т; N— число свай; P*=fe2[0,2 + 0,8th(6//)]; th — тангенс гиперболиче- ский; С — коэффициент упругого оавномерного ежа- 2 тия грунта на уровне нижних концов свай, кН/м3, оп- ределяемый по формуле (9.6), в которой А принима- ется равной площади поперечногэ сечения сваи, а значение Ьо для забивных свай удваивается; Е — начальный модуль упругости бетона, кПа, принимае- мый в соответствии с главой СНиП «Бетонные и же- лезобетонные конструкции. Нормы проектирования»; I —длина свай, м; d — длина стороны поперечного се- чения сваи, м; пх — коэффициент, учитывающий уп- ругое сопротивление грунта по боковой поверхности 1/2 —1/2 сваи; принимается равным ЗПО2 кПа -м ; k?— коэффициент, учитывающий влияние свойств проре-' заемого сваей грунта на приведенную массу свайно- го фундамента, принимается равным 2. Для горизонтально-вращательных колеба- ний фундаментов: 77ггес; = тг\ (9.20) N Z=1 <9-22) 1V = <9-23> i=l
. 9.3. Принципе^ проектирования 221 где G.r — момент инерции массы ростверка и машины относительно горизонтальной оси, проходящей через их общий центр перпендикулярно плоскости колеба- ний, т-м2; ho— расстояние от центра массы tn г до подошвы ростверка, м; г.- —расстояние от оси i-й сваи до оси поворота подошвы фундамента, м; k? red ~~ пРкзеДеннь1® коэффициент жесткости свай- ного фундамента, кН/м, определяемый по формуле (9.18). Для горизонтальных колебаний фундамен- тов приведенная масса фундамента tnrsd оп- ределяется по формуле (9,17), как и для вер- тикальных колебаний, при &2=2/з. Коэффици- ент жесткости при упругом равномерном сдви- ге, кН/м, определяется по формуле kx,red==Na'3EbtIlq, (9.24) где 1 — жесткость поперечного сечения сваи на изгиб, кПа-м4; а' — коэффициент упругой деформа- ции системы «свая—грунт»: «' = 1,60^ ~ (здесь сг^ — коэффициент деформации сваи, определяемый как и при расчете свай на статические горизонтальные на- грузки). Значения коэффициента q вычисляются следующим образом: для свай, шарнирно сопряженных с низ- ким ростверком, и для свай, защемленных в низкий ростверк, по формулам: q = D«, (9.25) 9=О0 -&2/С0; (9-26) для свай, шарнирно сопряженных с высо- ким ростверком, и для свай, защемленных в высокий ростверк, по уравнениям: <7=а0; (9.27) <7==<20—&о, (9.28) а0 = £>0 + 2В0 lQ af + Со (Zo a')2 -j- (10 а')з/3; (9.29) , 1 Г (ZnCx')2^ '-'О “Г ‘о и L 2 J ’ (9. 30) здесь Do, Во, Со — коэффициенты, зависящие от при- веденной глубины погружения сваи 1' = а,'1 и условий опирания нижнего конца сваи; /0 — расстояние от по- дошвы ростверка до поверхности грунта. Для крутильных колебаний фундамента момент инерции массы ' свайного фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, оп- ределяется по формуле N + 1ХЛ (9-31) г=1 Коэффициент жесткости при упругом не- равномерном сдвиге вычисляется по выраже- нию , kpz ,red kty,red ~ i=L (9.32) где 0^i?r — момент инерции массы ростверка и ма- шины относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента, т-м3; Г; — расстояние от оси i-й сваи до вертикальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамен- та, м. 9.3. ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 9.3.1. Исходные данные для проектирования фундаментов машин и оборудования В задании на проектирование фундаментов машин и оборудования с динамическими на- грузками должно содержаться следующее: техническая характеристика машины, в ко- торой указываются наименование машины и завода-изготовителя, тип машины, частота вра- щения, мощность, общий вес и вес движущих- ся частей, скорость движущихся частей в мо- мент удара и пр.; данные о величинах, местах приложения и направлениях действия статических нагрузок, а также об амплитудах, частотах, фазах, мес- тах приложения и направлениях действия ди- намических нагрузок, в том числе усилий, дей- ствующих на расчетные (силовые) фундамент- ные болты; данные о предельно допускаемых амплиту- дах колебаний фундамента или его отдельных частей; данные о предельно допускаемых деформа- циях фундамента и его основания: осадка, крен, прогиб фундамента и его элементов, вы- текающие из условий технологического процес- са и нормальной работы машины или обору- дования; данные об усилиях на расчетные фунда- ментные болты; строительное задание завода-изготовителя на устройство фундамента с указанием габа- ритов фундамента, необходимых для установ- ки машины и вспомогательного оборудования, расположения и размеров выемок, выступов, каналов, отверстий для фундаментных болтов, закладных деталей, коммуникаций и- пр., необ- ходимых по технологии для данного типа ма- шины или оборудования, размеров подливки, конструкции и расположения фундаментных болтов; кроме того, в строительном задании должно быть отмечено, какие вспомогательные детали крепления и пр. не поставляются с обо- рудованием и должны быть разработаны при проектировании фундамента; особые требования к проектной марке, бе- тона по прочности, морозостойкости и водоне- проницаемости; привязка основных осей машины или про- ектируемого фундамента к основным осям зда- ния (сооружения); чертежи фундаментов и конструкций зда-
222 Глава 9. Проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками ния (сооружения), в котором размещается ма- шина (планы, разрезы с основными размерами ,и высотными отметками), чертежи подземного хозяйства в месте установки машины; данные о виде и расположении имеющих- ся в здании (сооружении) оборудования и ком- муникациях или намечаемых к возведению фундаментов вблизи проектируемого; данные об инженерно-геологических усло- виях площадки строительства и физико-меха- нических характеристиках грунтов основания на глубину сжимаемой толщи; специальные требования по защите фунда- мента ил^ его отдельных частей от подземных вод, агрессивного воздействия технологических жидкостей и смазочных материалов, от воздей- ствия высоких и низких (отрицательных) тем- ператур и пр.; данные о материале, расположении и раз- мерах футеровки участков фундамента, под- верженных воздействию высоких температур; данные о режиме работы машин во време- ни для фундаментов, строящихся на вечно- мерзлых грунтах основания. Кроме общих данных, перечисленных вы- ше, в задании на проектирование должны быть приведены дополнительные данные и требова- ния, вытекающие из специфики машины каж- дого вида. 9.3.2. Основные требования по проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками Фундаменты машин с динамическими на- грузками должны проектироваться исходя из условий прочности, устойчивости и экономич- ности, а также недопустимости возникновения вибраций (уровень которых выше предельно допускаемых санитарными нормами для обслу- живающего персонала) препятствующих нор- мальной работе самой машины и ходу техно- логических процессов, оказывающих вредное влияние на работу приборов иоборудования, расположенных на соседних фундаментах, или вызывающих недопустимые колебания конст- рукций окружающих зданий. Машины с динамическими нагрузками не- обходимо максимально удалять от объектов, чувствительных к вибрациям (станки особо высокой точности, точная измерительная аппа- ратура и т. п.), а также от жилых и общест- венных зданий. Фундаменты машин с динами- ческими нагрузками должны, отделяться от со- седних фундаментов здания или сооружения сквозным швом шириной не менее 100 мм. В отдельных случаях при специальном обосно- вании в виде исключения допускается фунда- менты машин с динамическими нагрузками со- единять с фундаментами здания или.опирать на них конструкции здания. Размеры и форму верхней, части фунда- мента назначают в соответствии с требования ми строительного задания, выдаваемого заво- дом — изготовителем оборудования, и резуль- татами расчетов фундамента. Принимать сле- дует наиболее простые формы фундаментов. Подошва фундаментов машин, как правило, принимается прямоугольной формы и распола- гается на одной отметке. В отдельных случа- ях, при соответствующем обосновании, в нево- донасыщенных грунтах допускается устройст- во уступов в подошве монолитных фундамен- тов под глубокими приямками и в местах поп- мыкания этих фундаментов к фундаментам здания. Глубина заложения фундамента зависит от его конструкции, технологических требований, глубины заложения соседних фундаментов, ка- налов, приямков и от инженерно-геологических условий площадки строительства. При установке машин на открытых пло- щадках или в неотапливаемых зданиях необ- ходимо учитывать глубину сезонного промер- зания грунтов. При наличии в основании фундамента ма- шины слабых грунтов мощностью до 1,5 м следует заменять этот слой тщательно уплот- ненной подушкой из песчаного или крупнооб- ломочного грунта или глинистого грунта при наличии просадочных грунтов. При большей мощности слабых грунтов необходимо закреп- лять грунты или устраивать свайный фунда- мент. Фундаментные болты для крепления ма- шин, конструкция и установочные размеры вы- бираются в соответствии с требованиями нор- мативных документов и государственных стандартов на фундаментные болты и строи- тельного задания завода — изготовителя обо- рудования. Бетонирование массивных монолитных фундаментов должно, как правило, произво- диться непрерывно. При сложной конфигура- ции фундамента и большом объеме бетона до- пускается устройство рабочих швов. Места устройства рабочих швов должны быть указа- ны в чертежах рабочей документации, разра- батываемой проектной организацией. При ограничении прогиба фундамента по технологическим требованиям следует преду- сматривать противоусадочные мероприятия при укладке бетона и противоусадочное арми- рование. В этом случае устройство временных усадочных швов допускается как исключение. Проектная марка бетона по прочности на сжатие должна быть не ниже М 150 для мо-
9.4, Распространение колебаний от фундаментов-источников колитных и сборно-монолитных фундаментов и не ниже М 200 для сборных фундаментов. При одновременном воздействии на фундамент динамических нагрузок и высоких технологи- ческих температур марка бетона должна быть не ниже М 200. Проектная марка бетона по морозостойкости должна быть не ниже Мрз 50, если в задании на проектирование не указаны более высокие требования. 9.3.3. Конструктивные решения фундаментов машин с динамическими нагрузками Фундаменты машин с динамическими на- грузками в зависимости от типа машин, харак- тера динамических нагрузок, технологических требований, условий строительства, возможно- стей предприятий строительной индустрии и на основании технико-экономического сравнения могут быть выполнены: массивными, бетонными или железобетон- ными для всех видов машин; рамными, сборными или сборно-монолит- ными, представляющими собой ряд попереч- ных рам, которые опираются на нижнюю пли- ту или на ростверк и связаны поверху между собой продольными балками, либо верхнюю плиту, которая опирается на стойки, заделан- ные в нижнюю плиту, или на сваи-колонны; стенчатыми в виде поперечных или про- дольных стен, опирающихся на нижнюю плиту или на ростверк и связанных между собой по- верху ригелями или плитой. Сборно-монолитные и сборные фундамен- ты допускается устраивать главным образом для машин периодического действия (с вра- щающимися частями, с кривошипно-шатунны- ми механизмами и др.). Устройство сборных и сборно-монолитных фундаментов для машин с импульсными ударными нагрузками не допус- кается. К особому типу относятся виброизолиро- ванные фундаменты, расчет и конструирование которых производятся в соответствии с Руко- водством [5]. 9.4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОЛЕБАНИИ ОТ ФУНДАМЕНТОВ- ИСТОЧНИКОВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ УМЕНЬШЕНИЮ Фундаменты машин с динамическими на- грузками являются источниками распростра- няющихся в грунте волн, оказывающих вред- ное влияние на расположенные вблизи конст- рукции зданий и сооружений, объекты с обо- рудованием и аппаратурой, чувствительной к вибрациям, а также жилые здания. Вибрации, распространяющиеся от фунда- ментов машин, могут вызвать неравномерные осадки фундаментов и дополнительные напря- жения в расположенных вблизи зданиях и со- оружениях, что приводит к образованию в них трещин и даже к их разрушению, влияет на работу некоторых машин (например, точных станков), измерительной аппаратуры и пр. Наибольшее влияние на колебания конст- рукций расположенных вблизи зданий и со- оружений оказывают волны, распространяю- щиеся в грунте от фундаментов низкочастот- ных машин (с частотой 400 мин-1 и менее) и возбуждающие колебания с частотами, близ- кими к частотам собственных колебаний зда- ний. Колебания от машин со средней (более 400 мин-!) и высокой (более 1500 мин-1) частотой являются, как правило, менее опасны- ми для соседних сооружений, что обусловлено, во-первых, отсутствием условий возникновения резонансных колебаний зданий, а во-вторых, более интенсивным затуханием высокочастот- ных колебаний с расстоянием при их распрост- ранении в грунте. ( Колебания от машин ударного действия (кузнечных молотов, копров, формовочных ма- шин литейного производства) могут вызвать значительные осадки грунтов, особенно водо- насыщенных песчаных, и, как следствие, дефор- мации конструкций, расположенных в непос- редственной близости от них. Вибрации, распространяющиеся от фунда- ментов машин, в некоторых случаях могут оказаться вредными, даже если амплитуды ко- лебаний фундаментов не превышают допускае- мых. Поэтому при составлении планов разме- щения оборудования машины с динамическими нагрузками следует располагать на максималь- но возможном расстоянии от объектов, чувст- вительных к вибрациям (зданий и помещений, оборудованных станками особо высокой точ- ности или точной измерительной аппаратурой), а также от жилых и общественных зданий. При назначении безопасных расстояний до объектов, чувствительных к вибрациям, уро- вень вибраций, распространяющихся в грунте от фундаментов машин, может быть прибли- женно оценен по формуле Ae,h = Je[1+(e_1)2J + б3 — 1 +----------“7=- > (9-33) (6? + 1) V 36 где ф, д — амплитуда вертикальных (горизонталь- ных) колебаний грунта на поверхности в точке, рас- положенной на расстоянии г от оси фундамента — источника волн в грунте; До — амплитуда свобод- ных или вынужденных вертикальных (горизонталь-
224 Глава 9. Проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками ных) колебаний фундамента-источника в уровне его подошвы; 6 = /7/'и (здесь г0 — приведенный радиус подошвы фундамента-источника, м, равный У Д/л, где А — площадь подошвы фундамента-источника, м2). Частоту волн, распространяющихся в грун- те, следует принимать равной частоте колеба- ний фундамента машины. Расчет амплитуд колебаний, распростра- няющихся в грунте от фундамента-источника, по формуле (9.33) производится не только в случаях, когда необходимо оценить влияние колебаний фундаментов машин с динамически- ми нагрузками на другие объекты, но и в тех случаях, когда требуется определить амплиту- ду соответствующих кинематическому возбуж- дению колебаний соседних фундаментов ма- шин при групповой их установке в цехе. Формула (9.33) получена на основе обоб- щения имеющихся экспериментальных данных, согласно которым амплитуды распространяю- щихся колебаний при 6<3 пропорциональны 1/6, а при 6>3 пропорциональны 1/ К36. Фор- мула является ориентировочной, так как не учитывает многие факторы, в частности свой- ства грунта (его плотность, влажность), харак- тер динамического воздействия и пр. При повышенных требованиях к точности определения ожидаемых колебаний грунта и сооружений (участки с прецизионным обору- дованием, расположенные близко к фундамен- там машин, установка в существующих здани- ях новых машин с большими динамическими нагрузками и т. д.) следует прогнозировать ожидаемые колебания грунта на основе экс- периментальных исследований или по рекомен- дациям справочника [9]. Для уменьшения уровня распространяю- щихся колебаний используют различные меро- приятия: выбирают наиболее рациональные размеры и конфигурации фундамента, изменя- ют жесткость основания, соединяют общей плитой несколько фундаментов, применяют ак- тивную и пассивную виброизоляцию, динами- ческие гасители колебаний и присоединенные плиты, уравновешивающие противовесы, изме- няют частоту вращения машин, регулируют по фазе пуск синхронных двигателей и пр. Для уменьшения передачи вибраций фун- даменты машин с динамическими нагрузками, как правило, должны отделяться от смежных фундаментов здания, сооружения и оборудо- вания сквозным швом. Расстояние между бо- ковыми гранями фундаментов машин и смеж- ных фундаментов конструкций должно быть не менее 100 мм. Устройство зазора между фун- даментами машин и фундаментами (надзем- ными конструкциями) здания или фундамен- тами смежного оборудования особенно важно для низкочастотных машин периодического действия и машин с ударными нагрузками. Для уменьшения амплитуд колебаний фунда- ментов низкочастотных машин могут быть ис- пользованы также следующие мероприятия: повышение жесткости основания фунда- мента увеличением его подошвы в направле- нии действия горизонтальной нагрузки, устрой- ством свайного фундамента (при вертикаль- ных нагрузках), химическим закреплением грунта, устройством подушки из более жест- кого грунта; устройство общего фундамента под не- сколько машин, соединение фундамента маши- ны с бетонной подготовкой пола и пр. При технико-экономическом обосновании для уменьшения вибраций фундаментов под машины, создающие горизонтальные низкочас- тотные (с частотой колебаний менее 6 Гц) ди- намические нагрузки, возможно применение железобетонных плит, соединенных с фунда- ментом. Виброизоляция может быть применена для фундаментов с импульсными нагрузками — кузнечных молотов (для молотов с массой па- дающих частей более 10 т она является обяза- тельной), прессов, для фундаментов высоко- частотных машин периодического действия, а также некоторых средне- и низкочастотных машин, за исключением горизонтальных комп- рессоров, лесопильных рам и некоторых дру- гих. Для уменьшения колебаний зданий и со- оружений, расположенных вблизи фундамен- тов машин с динамическими нагрузками, сле- дует стремиться к тому, чтобы основные час- тоты собственных колебаний зданий и их несущих конструкций отличались от частот ко- лебаний, распространяющихся в грунте, не ме- нее чем на 20 %. Частоты собственных колеба- ний зданий могут быть рассчитаны при этом в соответствии с существующими нормативными документами по расчету конструкций зданий на динамические нагрузки [4]. С целью предотвращения развития оса- док и деформаций фундаментов зданий и со- оружений, расположенных вблизи источников колебаний, в результате длительного действия вибраций при проектировании фундаментов зданий и сооружений рекомендуется выполнять следующее условие: (9.34) где р — среднее, статическое давление на основание фундаментов зданий или сооружений; у г —коэффи- циент условий работы грунтов основания, принимае- мый по табл. 9.1; R— расчетное сопротивление осно- вания фундаментов здания или сооружения.
9.5. Расчет колебаний фундаментов машин с динамическими нагрузками 225 9.5. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА КОЛЕБАНИИ ФУНДАМЕНТОВ МАШИН С ДИНАМИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ ходящим через центр тяжести подошвы фундамента, приведена на рис. 9.1. Масса пилорамы /7ц = 15 т; масса скошенной части фундамента ш.-1=22.25 т; мас- са прямоугольной части фундамента /7?.3 = 216 т; масса электродвигателя с подбеточкой гп*—2+ 18=20 т. Полная масса фундамента Ниже приведены примеры расчетов мас- сивных фундаментов на периодическую (гар- ионическую) • и ударную нагрузки и пример расчета рамного фундамента на гармониче- скую нагрузку. Примеры расчетов фундамен- тов под машины можно найти в «Руководстве по проектированию фундаментов машин с ди- намическими нагрузками» [6]. Пример 9.1. Рассчитать фундамент лесопильной рамы. Расчет фундаментов лесопильных рам произ- водится как для машин с кривошиино-шатунными механизмами по главе СНиП «Фундаменты машин с динамическими нагрузками». Целью расчета явля- ется определение размеров фундамента, соответству- ющих требованиям экономичности и обеспечивающих допустимый уровень колебаний. Исходные данные: марка машины РД 75/6; мас- са машины 15 т; масса приводного электродвигателя 2 т; мощность приводного электродвигателя 90 кВт; частота вращения электродвигателя 720 мин -1; ча- стота вращения главного вала пг=320 мин 1. Рас- четные динамические нагрузки, координаты точек их приложения, координаты центра тяжести машины, размеры верхней части фундамента, диаметр, конст- рукция и привязка анкерных болтов и другие исход- ные данные для проектирования заданы в строитель- ном задании завода — изготовителя машины на уст- Шу = 22,25 4- 216 18 = 256,25 т. Масса пилорамы и электродвигателя привода тт — 15 + 2 = 17 Масса всей установки т = т. 4- пг = 256,25 4- 17 = 273,25 т. J TU Находим координаты центра тяжести установки по оси Z. Статические моменты масс элементов установки относительно оси, проходящей через по- дошву фундамента, будут: St = 15-5,95 = 89,25 т-м; S2 = 22,25-2,65 = 58,96 т-м; S3 = 216-1 = 216 т-м; S4 = 20-2,5 = 50 т-м; п V S. = 89,25 4- 58,96 4- 216 4- 50 = 414,21 т-м. /=1 Расстояние от центра тяжести установки до по- дошвы фундамента п V S. Рис. 9.1. Фундамент лесопильной рамы РД-75/6 Находим координаты по оси X. Расстояние, до центра тяжести установки по оси X' ройство фундамента. Схема нагрузок, действующих на фундамент, приведена на рис. 9.1. Допускаемые амплитуды горизонтальных и вертикальных колеба- ний фундамента для I гармоники должны быть не более 0,19 мм. Решение. Конструкцию фундамента пилорамы принимаем массивной из монолитного железобетона. Фундамент состоит из нижней прямоугольной плиты размером 6X7,5 м и высотой 2 м, принятыми из ус- ловий расположения приводного электродвигателя, требований симметрии и оптимальной массы фунда- мента, и верхней скошенной части, принятой по тех- нологическим условиям. Отметка засыпки грунта находится на уровне верха прямоугольной плиты. Материал фундамента — бетон марки М200, армату- ра — горячекатаная, круглая и периодического про- филя, соответственно классов А-I и А-П. Схема масс элементарных объемов фундамента и машины с привязкой их к осям фундамента, про- тг -0,08 4- (та + Ш;|) 0 + гЦ{*2,3 м. 273,25 Координату центра тяжести установки по оси У не определяем, так как эксцентриситет по оси 1 весьма мал (<3 % стороны фундамента), а расчет фундамента на колебания должен производиться только в направлении оси X (по направлению дейст- вия динамических сил). В основании фундамента залегают пески средней крупности, средней плотности маловлажные с рас- четным сопротивлением 7^ = 350 кПа и модулем де- формации 5=3-10‘ кПа. Проверяем условие (9.1) при ус0“1 и ?С1 =1- Среднее давление где Q = тогда
226 Глава 9. Проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками 97Q 04. О 81 р = . = 59,6 кПа < 1.1 - 350 = 350 кПа. 6-7,5 Расчет прочности массивного железобетонного фундамента не требуется. Армирование фундамента выполняется конструктивно. Расчет колебаний фундамента пилорамы произ- водится в следующем порядке. Определяем упругие характеристики песчаного грунта основания по формулам (9.6) и (9.7): / С,= 1-3.10 1ф |/ —2:— = 44 140 кН/м3; =- \ F 6-75 J = 2-44 140 = 88 280 кН/м3; Сх = 0,7- 44 140 = 30 900 кН/м3. Коэффициенты жесткости для естественного ос- нования находим по формулам (9.8), (9.9) и (9.10), где 1 =6-7,53/12 = 210,94 м4: Ф + = 44 140.6.7,5 = 1 986 400 кН/м; kx = 30 900-6-7,5 = 1 390 000 кН/м; fe(p = 83 280-210,94 = 18 623 000 кН-м. Значения коэффициентов относительного демпфи- рования определяем по формулам (9.13) и (9.15): L = 2/|/г59Тб =0,259; £ = 0,5-0,259 = 0,13. Ч- Расчетные динамические нагрузки (для первой гармоники возмущающих сил и моментов) определя- ем следующим образом: М = Fv е + Fh еГ тогда при J~v =208 кН, Ад =39 кН, 6 = 0,173—0,03 = 0,093 м и е,=5,95—1.516=4,434 м М = 208-0,093 + 39-4,434 = 19,4 + 173 = 192,4 кНчИ. Амплитуды горизонтально-вращательных и вер- тикальных колебаний фундамента определяются по формулам: К , Г 11~(м+)г1'г + 44(01+)2 2* й2 У Й2 + 4^ (со/% )3 й2 Л 1 1 Л- \ 2С / Л А = А 4- А'. V Z 2 Для вычисления по этим формулам амплитуд, сле- дует определить входящие в них дополнительные параметры: 0Q — 0 +тй2 = 1614,4 + 273,25-1,5162 = 2242,4 т-м2;. ^ф = ]/\ф /0О== У18 619 000/2242,4 =91,1 с"1. + = Уk /т = У1 986 400/273,25 =85,26 с-"1; Хф /Л,х = 91,1/71,34 = 1,277; (Хф/%х)2 = 1,631; C0/V. = 33,6/71,84 = 0,471; = 0,222; (®АХ)4 = 0,049. П/Ь = 33,6/85,26 = 0,394; (соД,)? = 0,155; Sj = (1 + ₽)(^р /лх)2 + ₽ (1 + >0 ~ (а/М2 = = (1 < 0,389) 1,631 4- 0,389 (1 4- 3,25) — 0,222 = 3,696; = (1 В) —— ———Н 3 (1 + w) — = (1 4- 0,389) 1,277 -21152,- 4- 0,389 (1 4- 3,25) =3,1411 0,155 s3 = l-|-X [1— (С0Л,ж)2] = 1 + 3,25 (1 — 0,222) = 3,53; Эд = I -4“ И = 1 3,25 = 4,25; ф( = S, 4- 3 А. == 3,696 4- 0,389 3,53 = 5,720; /1! 1,516 ф2 = 32,72 фо = S, 4- В ~ S,. = 3,141 4- 0.389-2’—-- 4,25 = 5,577; 1ц ) 1,516 Ф2 = 31,10; % + С1 + Й{(^ф Г^х}“ Х х [ + (Ц> Ах)- + '^Ф /\d} = = 0,049 4- (1 4- 0,389)111,631 — 0,222 (1 4- 1,631 + 4 4'0,155-0,13'1,277)] = 1,399; й2 = 1,96; = (1 + 0,389) [1,631 4- 1,277 -2J2- [ 0,155 — 0,222 1 4- 1,277 0,13 \ 0,155 J = 3,114; Й2 = 97. 2 Подставляя найденные параметры в соответству- ющие формулы находим: А — 39 1/~ 32,72+4-0,155я-0,222-31,10 _ Л~ 1390 000 У 1,96 + 4-0,1552-0,222-9,7 со = 0,105пг = 0,105 320 = 33,6с—1; (3 = Л2 m/Q = 1,5163-273,25/1614,4 = 0,389; здесь значение 0=1614,4 т-м2 получено путем разбив- ки фундамента и машины па элементарные тела, вычисления для них собственных моментов инерции и добавления переносных моментов инерции, равных произведению масс элементарных тел на квадраты расстояний от их собственных центров тяжести до общего центра тяжести установки; М = 192,4 Fh hl 39-1, = y,rkx/m = j/"l 390 000/273,25 = 71,34 с~1; /гф = k(f> — = 18 623-ОСО — 2680-1,516 = = 13 619 000 кН -м; = 2,8-10—5 1/ —У = 2,8-10— 5-3,95 = F 2,17 = 1,11-10— ~ М = 0,111 <Aadm = 0,19 мм; _ 203 1986400 У (1 — 0,155)- 4- 4.0,2592 • 0,155 = 1,2-10 4 м = 0,12 мм; А = 208-0,093-7,5-0,339 2 213900001,5162 (1 — 0,222)2 4- 4-0,155а-0,222 1,96 + 4'0,1552'0,222'9,7 = 1,52-10—5 |/ -у~ =8,17-10~8 м = 0,0082 мм;
9.5. Расчет колебаний фундаментов машин. с динамическими нагрузкам» 227 А = 0,12 4. 0,0082 = о, 128 мм < Aadm = 0,19 мм. Следовательно, параметры фундамента выбрана правильно. Пример 9.2. Рассчитать колебания фундамента штамповочного молота. Штамповочные молоты отно- сятся к типу машин с импульсными нагрузкам:;, по- этому необходимо обеспечить допустимый уровень вибраций путем рационального подбора площади по- дошвы и массы фундамента. Исходные данные: мо- лот паровоздушный, штамповочный модели 17 КП; масса падающих частей (с учетом массы верхнего штампа) ш0=5 т; масса молота т^=40 т; масса ша- бота /??а7г==100 т; максимальная энергия удара — 191,9 кДж; площадь шабота Аап=5,6 м2; отметка подошвы шабота от уровня пола цеха 2,125 м; мате- риал штампуемых изделий — сталь. Площадка строительства на глубину 1.5—2 м сло- жена насыпными грунтами, далее, на глубину 8— 10 м залегают суглинки полутвердые, подстилаемые глинами тугопластичной консистенции (толщина изу- ченного слоя 5—6 м). Подземные воды не обнаруже- ны. Следовательно, основанием фундамента молота будут служить суглинки с расчетным сопротивлени- ем 7?=250 кПа и модулем деформации Е= 1,6-104 кПа. Материал фундамента — бетон марки по прочно- сти на сжатие М 200, по морозостойкости Мрз 50. Арматура — сталь круглая, горячекатаная классов А-I и A-II. Подшаботная прокладка из дубовых брусьев I сорта по ГОСТ 2695—83. Решение. Высота фундамента при отметке низа шабота относительно пола цеха 2,125 м, толщине подшаботной прокладки (предварительно принимает- ся из трех рядов дубовых брусьев площадью сече- ния 10X15 см) tw = 0,45 м и толщине подшаботной части фундамента 2,2.5 м (для молотов с массой па- дающих частей 4</«o=C6 т) должна быть не менее: hj =2,125 + 0,45-1-2,25 = 4,825 м, Размеры подошвы фун- дамента предварительно принимаются равными 6,5Х Х8 м. Окончательные размеры фундамента назначаются после проверки динамического давления на подша- ботную прокладку, среднего статического давления на основание, амплитуд колебаний фундамента с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и конструктивного решения соседних фундаментов зданий и оборудования. Скорость падающих частей молота в момент Удара v = /т0 = цА -191,9/5 = 8,68 м/с. Расчетное динамическое давление на подшабот- иую прокладку определяем по формуле о = 1,6т0 v -к/ /( т' a t ) - К \ 1 ап w) где Е,г,= 5-105 кПа — модуль упругости древесины из дуба; т. =т. +т =40+100=140 т. Тогда 1 п ап Г 500 000 ------------------ sb 140-5,6-0,45 2583,3 кПа <oadm~ 3600 кПа. Принятая толщина подшаботной прокладки до- статочна. Принимаем высоту фундамента 4,9 м. Масса под- шаботной прокладки mw =0,45-2,5-3,2 • 0,85 = 3,1 т. Масса фундамента m.j = (6,5-8,0-4,9—3.2 2,'5Х Х2,575)2.4 = 562,1 т. Проверяем условие (9.1) при Усо = О,5 и = 1; _ (mh + man+mj + mv) g А - (4° + 100 + 562,1 +3,1) 9,8 __ 6,5-8 = 135,6 кПа > 0,5.1-250 = 125 кПа. Следовательно, необходимо увеличить площадь фундамента, уменьшить массу фундамента или при- нять фундамент свайным. По периметру фундамента принимаем уступ ши- риной 1 м, высотой 1 м (рис. 9.2). Тогда масса фундамента ту = 562,1 + (2-85 4- 2-8) 1-2,4 = 641,3 т, а масса грунта на уступах фундамента т„ = (2-8,5 4- 2-8) 3,9-1,8 = 231,7 т. Проверяем условие (9.1): == (40 + 100 + 641,3 4-3,1 + 231,7) 9,8 __ 8,5-10 = 119,5 кПа < 0,5-1-250 = 125 кПа. Определение амплитуды вертикальных колебаний фундамента производится по формуле л _ U + е) vmo ^2, ———————г (1 4- 1,67?;,)XZ т где е = 0,5 — коэффициент восстановления скорости удара при штамповке стальных изделий. Вычисляем необходимые для расчета параметры: по формуле (9.6) С„= 1,2-1,6-10* I 1 4- 1/ —— 1= 25 790 кН/м3; 2 \ К 85-10 У по формуле (9.8) k2 = 25 790‘85 = 2 191 800 кН/м; по формуле (9.14) 1,6-10* 25 790-119,5 = 0,456; Рис. 9.2. Фундамент штамповочного молота 17КЛ Л/IQH fl-Я
228 Глава 9. Проектирование фундаментов машин с динамическими нагрузками при /72=1016,1 Т = У kJ!>l = I / 2 191 800 г 1016,1 = 46 I, S = — -—— ...... ++'"/г<р+1+ f.z = Х2/(2Л) =7,32 ГЦ. Подставляя найденные значения в формулу, по- лучаем: = 0,00079 м = мм. д — (1+0,5)8,68-5 2 (1 + 1,67-0,456) 46-1016,1 = 0,79 мм <Aadm = 1,2 Пример 9.3. Рассчитать колебания рамного фун- дамента электрической машины. Исходные данные: масса машины mm=32,6 т (mi = 8,4 т, 2/712=24,2 т); нормативная горизонтальная динамическая сила Fn~ = 13,5 кН; частота вращения главного вала пГ~ 600 мин 1; допускаемая амплитуда колебаний фун- дамента .4а(^т=0,15 мм. В основании фундамента залегают тугопластич- ные глины, имеющие модуль деформации £=1,5Х ХЮ* кПа, расчетное сопротивление на основание R = =250 кПа. Схема фундамента приведена на рис. 9.3, где Qi^iniS', Qi—nizg- Составляющими частями фунда- 5___________1_____ 1/fe +1/S' ’ ф ф где /г = 6,5 м — высота фундамента. п Для определения S — 2 ^z (сУмма коэффициен- Х 1=1 тов жесткости всех поперечных рам в горизонталь- ном направлении, перпендикулярном оси вала маши- п ны) и -5^=2 5(то же, при повороте верхней 47 z=l плиты в горизонтальной плоскости относительно ее центра тяжести) необходимо вычислить дополнитель- ные параметры: е1 = «3 = 2,5 м; е2 = 0; __ 7ftz G + 6fez) ' й?(2+3^ Еы == 2,9.107 кПа; с Рис. 9.3. Фундамент электрической машины мента являются нижняя плита из монолитного желе- зобетона, сборные железобетонные колонны и риге- ли (три поперечные рамы) и верхняя плита из сбор- ного железобетона (базовая конструкция). Бетон нижней плиты марки М200, сборных элементов М300. Сечение колонн 400X400 мм, ригелей 300X500 мм. Решение. Упругие характеристики основания фун- дамента определяем следующим образом: по формуле (9.6) при ,4=3,6-6,0=21,6 м2 = 1,5-1,5-104 (1 + уЛ10/21,б) = 37 800 кН/м3; по формуле (9.7): Сф = 2 “37 800 = 75 600 кН/м3; С = 0,7-37 800 = 26 460 кН/м3; Сф = 37 800 = кН/м3; по формуле (9.9) kx = 26 460-21,6 = 571 540 кН/м; по формуле (9.10) при 7 =6,0-3,63/12=23 3 м4 = 75 600-23,3 = 1 /761 500 кН • м; по формуле (9.11) при 7^,=23,3 + 3,6-6.03/12 = 88,1 м4 = 37 800-88,1 = 3 330 180 кН м. Коэффициенты относительное! демпфирования ос- нования определяются, если угловая частота враще- ния машины отличается менее чем на 25 % от соб- ственных угловых частот колебаний установки. Коэффициенты жесткости конструкции фундамен- та с учетом упругости основания в горизонтальном направлении, перпендикулярном оси вала машины, в при - повороте в горизонтальной плоскости находим по формулам: 7Л1 = 0/2 = fh3 = °-4-0,43/12 = 0,00213 м4; /^ =//2 = 7Zg = 0,3-0,53/12 = 0,00313 м4; Л1 = Л2 = h3 = 4,85 м; h — 12 = /з = 2,6 м; ki = k2 = fe3 = 4,85-0,00313 /(2,6-0,00213) = 2,74; „ _ „ „ 12-2,9-10’-0,00213 (1 + 6-2,74) о 1 — о о = з = "" ..........—....-..= 4,853 (2 + 3-2,74) = 11 100 кН/м. Подставляя найденные значения, получаем: s' = 3-1110 = 3330 кН/м; S', = 2-1110-2,52 = 138 750 кН-м. Ф Теперь находим коэффициенты жесткости: S =------------------------------:------ = 17 940 кН/м; 1/57 154 + 6,5-7176 150 + 1/3 330 S --------------i----------- 133 330 кН м. 1/333 018 +1/13 875 Угловая частота собственных горизонтальных ко- лебаний фундамента = ]/"S [in , vV * vV • где m —масса системы, включающая массу маши- ны, верхней плиты mj, ригелей ш2 и 30 % массы всех колонн фундамента m (mi=2,4-0,4-3,0 • 5,5= 15,84 т;- ///2 = 3-2,4-0,3-0,5-3,0=3,24 т; т3=6-2,4-0,4-0,4-4,6= 10,6 т): m = 32,6 + 15,84 + 3,24 + 0,3-10,6 = 56 т. Подставляя в формулу значение т, получаем: = ]/17 940/56 = 17,9 с—к Угловая частота собственных вращательных ко- лебаний фундамента относительно вертикальной оси, проходящей через центр тяжести верхней плиты, Ч = ’/’Зф /0ф = У 133 330/169 = 28 с—1, где =0,1т72=0,1-56-5,52=169 т-м2 (здесь 1=5,5 — длина верхней плиты). Для определения амплитуды горизонтально-кру- тильных колебаний верхней плиты фундамента, &h Лх + ЛФ ^тах' где м (расстояние от центра тяжести верх- ней плиты до оси наиболее удаленного подшипника машины), следует вычислить;
9.5. Расчет колебаний фундаментов машин с динамическими нагрузками 229 l/y i — со1 2А2 Y2 +4 (Y У2 ®2А2 ' \ А ) к } А Аф, st / (> - “2/Ч)2+-’ (Ч)2 “X Находим дополнительные параметры для расчета по этим формулам: со = 0,105иг = 0,105 • 600 = 63 с"1; == Fh/S * *x = 13,5/17 940 = 0,753-]0~"3 м; где F^=nFn = 1 • 13,5= 13,5 кН; Аф,з/ = Mh/Sty = 16>9/133 330 = 0,127• 10—3 рад, где Л1 д = 13,5 • 1,25= 16,9 кН-м. Поскольку углов-ая частота вращения машины со=63 с 1 отличается более чем на 25 % от угловых частот собственных колебаний Л, =17,9 с 1 в Л, = л.1 ib =28 с-1, принимаем & =0 и 5 =0. х ф Подставляя найденные значения в соответствую- щие формулы, получаем: 0,753-10™3 1 — 63а/17,9~ = 0,066,10“^ м; Ах = ра«. ф 1 — 63W Вычисляем значение амплитуды; Л/}д= 0,066-10 * 3 + 0,031 -10““3»2,5 = 0,144-10~"3 М = = 0,144 мм < -^айт='0’15 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Баркан Д. Д. Динамика оснований и фунда- ментов.— М.: Стройвоенмориздат, 1948.— 410 с. 2. Ильичев В. А. К оценке коэффициента демпфи- рования основания фундаментов, совершающих вер- тикальные колебания. — Основания, фундаменты и механика грунтов, 1981, № 5, с. 15—18. 3. Инструкция по определению динамических на- грузок от машин, устанавливаемых на перекрытиях промышленных зданий.—М.: Стройиздат, 1966.— 131 с. 4. Инструкция по расчету несущих конструкций промышленных зданий и сооружений на динамичес- кие нагрузки.—М.: Стройиздат, 1970.—287 с. 5. Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования.—М.: Стройиздат, 1972. — 157 с. . 6. Руководство по проектированию фундаментов машин с динамическими нагрузками. — М.: Стройиз- дат, 1982. — 207 с. 7. Савинов О. А. Современные конструкции фун- даментов под машины и их расчет.—Л.: Стройиздат, 1964. — 346 с. 8. Справочник по динамике сооружений/Под ред. Б. Г. Коренева, И. М. Рабиновича. 2-е изд. М.: Строй- издат, 1972. — 510 с. 9. Справочник проектировщика. Динамический расчет сооружений на специальные воздействия/ Под ред. Б. Г. Коренева, И. М. Рабиновича. М.: Стройиздат, 1981. — 215 с. 10. Строительные нормы и правила. Фундаменты машин с динамическими нагрузками. СНиП П-19-79.— М.: Стройиздат, 1980.
Глава 10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 'ОСНОВАНИЙ СООРУЖЕНИЙ, ВОЗВОДИМЫХ НА СТРУКТУРНО-НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ ЮЛ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ 10.1.1. Общие положения К просадочным относятся грунты, в кото- рых под совместным воздействием внешней на- грузки или собственного веса и замачивания возникают дополнительные деформации, назы- ваемые просадочными [1]. Просадочными свойствами чаще всего об- ладают лёссы, лёссовидные супеси, суглинки, глины, покровные глинистые грунты, маловлаж- ные структурные пески, некоторые виды на- сыпных грунтов, пепловых отложений [3]. Номенклатурными показателями просадоч- ности, определяющими возможность проявле- ния просадочных свойств грунтов, являются степень влажности S,- и показатель просадоч- ности П, определяемый по формуле [8] Л-(ед-е)/(1-фе), (10.1) где е — коэффициент пористости природного грунта; —коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести w L' eL = wLyJyw, (1°-2) здесь 7 и 7„, — удельные веса частиц грунта и во- ды. При предварительной оценке к просадоч- ным относят грунты со степенью влажности Sr~<0,8 и показателем просадочности П, мень- шим 0,10, при числе пластичности грунта 0,01<7д<0,10 меньшим 0,17 при 0,10<0,14 н меньшим 0.24 при 0,14<7ц<0,22. Основными характеристиками просадочных грунтов, определяющими их специфические свойства, являются: относительная просадоч- кость e«z, начальное просадочное давление и начальная просадочная влажность wsi. Относительная просадочность представля- ет собой относительное сжатие грунта при за- данных давлениях и степени повышения влаж- ности и определяется по формуле (10.3) где hp — высота образца грунта природной влажно- сти. обжатого без возможности бокового расширения давлением р, равным давлению от собственного веса грунта и нагрузки от фундамента или только от веса грунта в зависимости от вида рассчитываемых дефор- маций; h sj — высота того же образца после зама- чивания его де полного водонасыщения при сохра- нении давления р; tig — высота того же образца грунта природной влажности, обжатого без возмож- ности бокового расширения давлением, равным дав- лению от собственного веса грунта на рассматривае- мой глубине. ^Начальное...просадочное..давление ptt — это минимальное давление от нагрузки фун- дамента или собственного веса, при котором. проявляются просадочные свойства грунта в "условиях его полного водонасыщения. За на- чальное просадочное давление psi при лабора- торных испытаниях грунтов принимается дав- ление, при котором относительная просадоч- ность 8si = 0,01; при полевых испытаниях штампами — давление, равное пределу пропор- циональности (на графике «осадка штампа— нагрузка»), при котором фаза нормального уплотнения переходит в фазу просадки и осад- ка штампа возрастает не менее чем в 1,5 раза. Начальная просадочная влажность wsi представляет собой влажность, при которой грунты, находящиеся в напряженном состоя- нии от внешней нагрузки или собственного ве- са грунта, начинают проявлять просадочные свойства. За критерий начальной влажности при компрессионных испытаниях принимается относительная просадочность esz = 0,01; при испытаниях штампами — давление, равное пределу пропорциональности, при котором фаза нормального уплотнения переходит в фа- зу просадки. При проектировании оснований и фунда- ментов на просадочных грунтах учитывается возможность повышения их влажности вслед-, ствие: замачивания грунтов — сверху из внешних источников или снизу при подъеме уровня грунтовых вод; постепенного накопления влаги в грунте в связи с инфильтрацией поверхностных вод и экранированием поверхности; одновременного замачивания грунтов свер- ху и постепенного накопления влаги в грунте. Просадочные деформации подразделяются на следующие виды (рис. 10.1 и рис. 10.2): просадка фундаментов ssi.p от их нагруз- ки, происходящая в пределах деформируемой зоны 1, располагающейся от подошвы фунда- мента до глубины, на которой суммарные вер- тикальные давления от нагрузки фундамента и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению psr, максимальная просадка грунтов от собст- max венного веса s s/ происходящая в нижнеи части просадочной толщи hsi.g при замачива- нии площади шириной (см. рис. 10.2,6); возможная просадка грунтов от собствен- ного веса Ssi.8, проявляющаяся в пределах толщи hsig при Bw<Hsi; горизонтальное перемещение itsi (см. рис. 10.2, в), возникающее при просадке грун- тов от собственного веса в пределах криволи- нейных участков просадки грунта,
10.1. Проектирование оснований на просадочных грунтах 231 Максимальная просадка грунта от собст- венного веса s^ax характеризуется (см. рис. 10.2, б) горизонтальным участком просадки поверхности грунта b и двумя криволинейны- ми участками г, на которых просадка измени- о max ется от максимальной величины ssZg до нуля. Рис. 10.1. Зоны деформации просадочного грунта в основании фундамента I— деформируемая зона; II — нейтральная зона; ill — зона просадки грунта от собственного веса; 1 — эпюра вертикальных давлений от нагрузки фунда- мента; 2 — то же, от собственного веса грунта; 3 — эпюра просадки грунта от нагрузка фундамента; 4 — то же, от собственного веса грунта Рис. 10.2. Общий характер развития 'Sa замачиваемой площади (а) просадки поверхности грунта (б) и го- ризонтальных перемещений грунт? (в) 1,2,3 — участки горизонтального разуплотнения, уп- лотнения и нейтральной аЬны Возможная просадка поверхности грунта Ssz.g включает только два криволинейных уча- стка г. Горизонтальные перемещения поверх- ности грунта при максимальной просадке ха- рактеризуются наличием участков (см. рис. 10.2, в): горизонтального уплотнения, раз- уплотнения и нейтрального, который при воз- можной просадке s8j.g отсутствует. В зависимости от возможности проявления просадок грунта от собственного веса грунто- вые условия строительных площадок подраз- деляются на два типа: I тип — когда просадка грунта происходит в основном в пределах деформируемой зоны основания от нагрузки фундаментов или дру- гой внешней нагрузки ssi.v, а просадка от соб- ственного веса ssi.g отсутствует или не пре- вышает 5 см; II тип — когда наряду с просадкой грун- та от нагрузки фундамента в нижней части просадочной толщи возможна просадка грун- та от его собственного веса более 5 см. Основными характеристиками для проек- тирования оснований и фундаментов на проса- дочных грунтах, полученными при инженерно- геологических изысканиях, являются: тип грунтовых условий по просадочности; относительная просадочность &si при бы- товом и' фактическом давлении на грунт, а при изменении фактического давления более чем на 0,1 МПа зависимость е$г от давления на грунт; величина начального просадочного, давле- ния рш; величина начальной просадочной влажнос- ти wsi только при медленном повышении влаж- ности; модули деформации при естественной влажности Е и в водонасыщенном состоя- нии Ew; коэффициент изменчивости сжимаемости основания а; удельное сцепление с и угол внутреннего трения ср просадочных грунтов при естествен- ной влажности и в водонасыщенном состоянии; удельное сцепление с и угол внутреннего трения ср в водонасыщенном состоянии уплот- ненных просадочных грунтов до заданной плотности. 10.1.2. Расчет просадочных деформаций Просадки фундаментов ssi от их нагруз- ки, проходящие в пределах деформируемой зоны hsi.p, определяются по формуле п Ssl = 2 (Ю.4) i=l
232 Глава. 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах где ssi — относительная просадо-шость грунта, оп- ределяемая для каждого слоя грунта в пределах де- формируемой зоны h р при давлении, равном сум- ме природного давления и давления от фундамента зданий или сооружений в середине рассматриваемого слоя; 1г —толщина i-го слоя грунта, см; п — число слоев, на которые разбита деформируемая зона hsl р’ ^ci — коэффициент условий работы основа- ния, принимаемый для фундаментов шириной от 12 м и более равным 1, а для ленточйых фундаментов ши- риной до 3 м и прямоугольных шириной до 5 м включительно по формуле Усг = °>5 + h5(p — pslj/pa (Ю.5) (здесь р — среднее давление по подошве фундамента, МПа; psi —начальное просадочное давление, МПа; ро — давление, равное 0,1 МПа); для ленточных фун- даментов шириной более 3 м и прямоугольных шири- ной более 5 м коэффициенты ycZ определяются по интерполяции между значениями, вычисленными по формуле (10.5), и тс- =1; при неполном устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или за- креплением на глубину не менее 1,5 м или 0,2йsj р коэффициенты у . принимаются равными 1. При расчете просадок фундаментов в слу- чаях неполного водонасыщения грунта в фор- мулу (10.4) подставляются значения относи- тельной просадочности &sl, определяемые по формулам: ^ = 0,01+ (^-0,01) wen — W<,1 ---------SJ—; (10.6) wsat — wsl s'z= 0,01 + (8sZ —0,01)0,33, (10.7) где weq —конечная влажность грунта после зама- чивания; w— начальная просадочная влажность; m’sai — влажность, соответствующая полному водо- насыщению грунта. Максимальная величина просадки от собственного' веса грунта, проявляющаяся при его замачивании сверху на площади шириной не менее глубины просадочной толщи или при подъеме уровня грунтовых вод, определяется по формуле (10.4). При этом суммирование производится: при отсутствии внешней нагрузки, а так- же при' наличии узких фундаментов, когда деформируемая зона от нагрузки фундамента не сливается с зоной просадки грунта от соб- ственного веса — только в пределах зоны просадки грунта от собственного веса; при подъеме грунтовых вод или при мед- ленном повышении влажности — только в пре- делах той части зоны просадки грунта от соб- ственного веса, в которой произошло соответ- ствующее повышение влажности; при широких фундаментах и частичном наложении деформируемой зоны от их нагруз- ки на деформируемую зону просадки от соб- ственного веса грунта — в пределах с глуби- ны, на которой суммарные давления от нагруз- ки фундамента и от собственного веса грунта имеют минимальное значение, до. кровли не- просадочного грунта. Коэффициент условий работы ус; в этом случае следует принимать по результатам опыт- ных работ для каждого региона как отноше- ние фактически замеренной просадки к рас- четной, а при отсутствии опытных данных Усг ~ 1 • Возможная величина просадки грунта s3i от собственного веса, проявляющаяся при за- мачивании площади шириной Вш менее величи- ны просадочной толщи H3i, определяется по формуле Разность просадок и крены отдельных фундаментов от их нагрузки (рис. 10.3) вы- числяются с учетом изменения просадки грун- та по выражению = ssix/lsi, (Ю.9) Рис. 10.3. К определению кренов и разности проса- док фундаментов в пределах деформируемой зоны 1 и 2 —- фундаменты Ф-1 и Ф-2; 3 — источник замачи- вания; 4 — граница увлажненной зоны грунта; 5 — нижняя гсаннца деформируемой зоны
10.1. Проектирование оснований на просадочных грунтах 233 где х — расстояние от края источника замачивания до рассматриваемой точки; I —длина участка, на котором проявляется неравномерная просадка грунта: = + (10.Ю) здесь d — глубина заложения фундамента от плани- ровочной отметки; h si р —толщина зоны просадки грунта от внешней нагрузки; hw — глубина располо- жения источника замачивания от поверхности пла- нировки; у — коэффициент, учитывающий возмож- Ср ное увеличение вие слоистости для однородных угла распространения воды вследст- грунтов основания и принимаемый грунтов у=1, при залегании свер- Ср с меньшим коэффициентом фильтра- бблыпим v „ =1,4 слоистых толщ ху слоя грунта ции у _ =0,7, с V о =2; (3 — угол распространения воды от источни- ср ка замачивания, принимаемый: для лёссовидных су- песей и лёссов р = 35°, а для лёссовидных суглинков 0 = 50°. Крен фундамента определяется как отно- шение разности просадок краев фундамента к его ширине. Разность просадок грунта A.ssi,g от его собственного веса в различных точках замачиваемой и примыкающей к ней площади определяется с учетом изменения просадок грунта по формуле Ssl,x =°’5ssz.g(1 +COS — L (10.11) где x — расстояние от центра замачиваемой площади или начало горизонтального участка пгосадки грунта до точки, в которой определяется просадка х (см. рис. 10.2) (0<х<г); :-расчетная длина криво- линейного участка просадки грунта от его собствен- ного веса: r=tf(0,5 + Vc3tg₽). (10.12) Горизонтальные перемещения usi на поверх- ности грунта при просадке его от собствен- ного веса, вызванной замачиванием грунта сверху, определяются по выражению / \ usi = 0,25£Г | 1 -J- cos-------1, (10.13) V г / где е — относительные горизонтальные перемещения: В = 0,66 (ssi/r-~ 0,005), (10.14) где л- — координата точки, в которой определяется горизонтальное перемещение и , изменяющееся при расположении начала координат в точке 0 (рис. 10.2) от нуля до г 1'2. Пример 10.1. Определить просадки, разности про- садок и крены двух отдельно стоящих фундаментов (см. рис. 10.3), возводимых на грунтовой подушке толщиной h.s=2 м. Исходные данные: д=3 м, р = = 0,3 МПа, d=l,5 м, hsl p =5,5 м, hw =2 м, hsat = =5 м, Aftt=3,6 м, Aftj =3 м, Д/г^ =4 м, А/г3=1,5 м, Д/г.,=0,9 м, Д/г =2,1 м, b =2,4 м. X'i=2,8 м, 2 2 w 1 =6,8 м. Физико-механические характеристики грун- тов приведены в табл. 10.1. Решение. Разбиваем просадочную толщу грун- тов на элементарные слои толщиной 1 м и опреде- ляем вертикальные давления в основании фундамен- тов (табл. 10.2). По данным первых шести граф табл. 10.2 и мате- риалам инженерно-геологических изысканий (табл. 10.1) определяем es^-, по формуле (10.7) находим В и их значения также сводим в табл. 10.2. +lo формуле (10.4) определяем просадки фунда- ментов с учетом грунтовой подушки и замачивания грунтов в нижней части деформируемой зоны, т. е. в пределах A/ii = 3,6 м и Д/г3= 1,5 м: п s = V е' h. = 0,017-60 + 0,14-100 + Sit - (=1 + 0,012-100 + 0,01.90 = 4,6 см; sc7 =0,012-60 + 0,01-90 = 1,6 см. :12 Находим разность просадок фундаментов Ф-1 и Ф-2: AsSZ = sS(1-sS(2=4’6“1’6=3 СМ- Вычисляем крен фундамента Ф-1 исходя из того, что толщина замоченного слоя грунта под одной его гранью равняется Д/г =3 м, а под другой Д/г^ — = 4,2 м, а просадочного слоя 3,8 м: s г = 0,017-10 +0,014-100 + 0,012-100 + + 0,01 -90 = 3,7 см; sgZ9 = 0,01-90 + 0,014-100 + 0,012-100 + + 0,01 • 90 = 5 см; г' = ( sS(i-W/z’ = (5" 3’7)/300 ==0-0043- ТАБЛИЦА 10.1. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ Грунт Глубина слоя, м кН/м3 Пи кН/м3 у, кН/м3 W PsP МПа 0,1 sl при р., Л 0,2 1Па 0,3 Супесь 2,1 3,1 26,8 14 15,5 17,8 18,2 0,15 0,16 0,08 0,014 0,012 0,040 0,030 0,066 0,048 Суглинок Т 4,1 5,1 6,1 А Б Л И Ц 27 А 10.2. И 14,5 14,7 14,8 ЗМЕНЕНИ1 18,2 18,5 18,8 ПО ГЛУ1 0,16 0,1 0,12 5ИНЕ В 0,1 ЕРТИКАЛЬ 0,01 >НЫХ НАП 0,024 0,018 0,016 РЯЖЕНИЙ 0,038 0,027 0,022 И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ПРОСАДОЧНОСТИ Глубина от подошвы фундамента 2, м а,_, МПа а а а ,,, МПа а, = = °Zg + a°ZP’ МПа G. ’ МПа £s(j / ' sli 0 0,027 1 0,273 0,3 0,6 0,038 0,972 0,266 0,3 0,3 — —. 1,6 0,057 0,738 0,202 0,26 0,28 2,6 0,076 0,49 0,134 0,21 0,24 0,031 0,017 3,6 0,095 0,325 0,089 0,18 0,20 0,023 0,014 4,6 0,115 0,234 ода 0,18 0,18 0,017 0,012 5,5 0,130 0,167 0,045 0,18 0,18 0,014 0,01 6,8 0,154 0,114 0,031 0,18 0,18 0,000
234 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах 10.1.3. Расчет осяований Расчет оснований и фундаментов на про- садочных грунтах производится по деформа- циям исходя из условия s+ssZ<4» (10.15) где s — совместная деформация основания и здания или сооружения, определяемая кал для обычных не- просадочных грунтов в соответствии с их деформа- тивными характеристиками, полученными при есте- ственной влажности; s si —деформация основания, вызванная просадкой грунта; s— предельно допу- стимая совместная деформация основания и здания или сооружения, принимаемая равной: sL = s«vs; (юле) здесь предельно допустимая деформация осно- вания при неравномерной осадке фундаментов, опре- деляемая как для обычных непросадочных грунтов; у — коэффициент условий работы, учитывающий вероятность одновременного сочетания наиболее не- благоприятных условий по просадке и осадке и при- нимаемый: при s i <2s ys =1, а при s sj >2s Vs = = 1,25. Выполнение условия (10.15) и тем самым обеспечение прочности, устойчивости и нор- мальной эксплуатации зданий и сооружений осуществляется применением одного из следую- щих трех принципов: устранения просадочных свойств грунтов путем их уплотнения (тяжелыми трамбовками, вытрамбовыванием котлованов, устройством грунтовой подушки, предварительным замачи- ванием, взрывами, пробивкой скважин) или закрепления (силикатизацией, обжигом); прорезки просадочных грунтов свайными фундаментами (из забивных, буронабивных свай, набивных свай в пробитых скважинах, свай в эластичных оболочках, уплотненном грунте и др.) или столбами из закрепленного грунта; комплекса мероприятий, включающего под- готовку оснований, водозащитные и конструк- тивные мероприятия по расчету конструкций зданий и сооружений на прочность. Первые два принципа направлены на пол- ное устранение или снижение просадочных де- формаций до предельно допустимых величин, а третий — на приспособление зданий и со- оружений к возможным неравномерным просадкам грунтов в основаниях. ( Выбор одного из принципов производится с учетом особенностей и типа грунтовых ус- ловий, вероятности замачивания грунтов ос- нования, возможной величины просадки, жест- кости и прочности проектируемых зданий и сооружений, их взаимосвязи с соседними объ- ектами и коммуникациями и т. п. В случаях когда замачивание грунтов ос- нований исключается и возможно только мед- ленное повышение их влажности, основания и фундаменты проектируются как на обычных непросадочных грунтах. Расчетные сопротивления просадочных грунтов естественного сложения определяются в зависимости: от возможности и вида источ- ника замачивания; от принятого метода обес- печения прочности и эксплуатационной пригод- ности зданий и сооружений; от конструкции, ширины и глубины заложения фундаментов; от прочностных характеристик грунтов осно- вания. При отсутствии возможности замачи- вания просадочных грунтов расчетные сопро- тивления R определяются по формуле (5.29). В этом случае прочностные характеристики грунтов должны приниматься: при — по результатам испытания грунтов в состоянии природной влажности w; при w<wp — по результатам испытания грунтов при влажности на границе раскатыва- ния wp. Расчетное сопротивление грунта основания R при возможном замачивании просадочных грунтов сверху или при подъеме уровня грун- товых вод определяется с учетом следующих требований: при устранении возможности возникнове- ния просадки оснований от нагрузки фунда- ментов путем снижения давления на грунт 1 значение R не должно превышать величины ! начального просадочного давления psr, Лри обеспечении прочности зданий и со- оружений применением комплекса водозащит- ных и конструктивных мероприятий, назначае- мых по расчету на возможные суммарные ве- личины осадок и просадок основания, значе- ние R определяется по формуле (5.29) с ис- пользованием.. расчетных значений характери- стик <рц и Си, полученных для просадочных грунтов в водонасыщенном состоянии после их просадки; при уплотнении и закреплении просадочных грунтов различными методами значение R оп- ределяется по формуле с использованием рас- четных значений характеристик срц и сц, по- лученных для уплотненных и закрепленных до заданной плотности и прочности грунтов в во- донасыщенном состоянии. Предварительные размеры фундаментов / зданий и сооружений, возводимых на проса- ; дочных грунтах, назначаются исходя из услов- ных значений расчетных сопротивлений грунта \ Rq (табл. 10.3). 4 При полном устранении просадочных свойств грунтов уплотнением или закреплени- ем различными методами необходимо обеспе- чить, чтобы суммарное давление на кровлю подстилающего неуплотненного или незакреп- ленного слоя не превышало начального проса-
10.1. Проектирование оснований на просадочных- грунтах 235 при f'^L ТАБЛИЦА 10.3. УСЛОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ Грунт Rn, кПа, грунтов природного сло- жения с кН/м3 уплотненных с ^dcom' кН'м3 13,5 15,5 16 17 Супесь .... 300 350 200 250 Суглинок . . - 150 350 180 400 250 300 Глина .... 180 400 200 450 300 350 у 200 220 при r<L (10.21) kk — 1 /®ii j Примечания: 1. Над чертой даны значения, относящиеся к просадочным грунтам природного сло- жения со степенью влажности Sг ^0,5 и при невоз- можности их замачивания; в знаменателе под чер- той — значения, относящиеся к таким же грунтам со степенью влажности а также к грунтам с меньшей степенью влажности и. при возможности их замачивания. 2. Для просадочных грунтов с промежуточными значениями значения Ro определяются интерполя- цией. Рис. 10.4. Схема и расчетные параметры фундамен- тов и зданий на просадку от собственного веса грун- та дочного давления psi этого слоя, т. е. В этом случае расчетное сопротив- ление Rc на уплотненный или закрепленный грунт по условию устранения просадки под- стилающего слоя определяется по формуле = (Psi — Pzg + «pg)/a, (10.17) где a2р — дополнительное напряжение на кровле подстилающего неуплотненного или незакрепленного слоя просадочного грунта от нагрузки фундамента; P2g — природное давление на кровле этого слоя; Pg — природное давление на отметке заложения фун- дамента; га — коэффициент уменьшения дополнитель- ного давления от фундамента на крэвле неуплотнен- ного или незакрепленного слоя. Расчет конструкций фундаментов и зданий на просадку грунтов от собственного веса ssi.g производится для наиболее неблагоприятного случая расположения источника замачивания под центром здания. Расчетная модель осно- вания принимается в виде искривленного вин- клеровского основания с условным радиусом кривизны Rc и коэффициентом средней жест- кости km (рис. 10.4): ~и+Ы; (10-18) Zssl.g km-^kkh, (10.19) где ksi — безразмерный коэффициент, принимаемый численно равным s g& м; k — коэффициент жесткости основания: k а® q/s (10.20) (здесь q — средняя расчетная разномерно распреде- ленная нагрузка на основание; « средняя ©садка фундамента); fe коэффициент снижения жесткости основания, вычисляемый в зависимости от Иолудли- на ’ w®» L те фериуж где Ssl -Qlhsl-g s/Hc (10.23) здесь hgi g — величина зоны просадки грунта от собственного веса (рис. 10.1); /7^—величина сжимае- мой зоны основания под фундаментом. Максимальные величины изгибающих мо- ментов М и перерезывающих сил в фундамен- тах и зданиях при просадках грунтов от соб- ственного веса определяется по выражениям: (10 0 -Г) 2W/nax — г > (1U .--+) 24RC k-rn L3 Qmax~ , , (10.25) 15,6/?. где /?'= /?с(1-Н); (10.26) kmL* / И , El \ 12£/ \ 30 GFZ3 1 (10.27) 5=0—при отношении высоты фундамента или зда- ния к их длине (2L), большем 0,75t; Е1 и GF — из- гибная и сдвиговая жесткости фундамента или зда- ния, приведенные к балке конечной жесткости. Расчет дополнительных нагрузок на сваи Еп от сил нагружающего трения, возникаю- щих при просадках окружающих сваи грун- тов, производится при полном водонасыщении грунта по формуле (рис. 10.5): (Vsatiht— р5ц)И-1, (10.28)
236 Глава. 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах где А — площадь взаимодействующего со сваей ок- ружающего грунта природной структуры; Vsafj— удельный вес грунта в водонасыщенном состоянии; rt. —толщина l-го слоя, на которое разбита толща просадочного грунта Н j, в пределах которой про- являются силы нагружающего трения; Р si } —на- чальное просадочное давление f-го слоя грунта. Рис.. 16.5. К определению дополнительной нагрузки на сваю по дефициту несущей способности просадоч- ного грунта (заштрихованная область) Площадь взаимодействующего со сваей грунта А определяется в зависимости от рас- положения'свай и принимается: для одиночной сваи A^n$AHym-Acom, (10.29) для средней сваи в кусте ^ТП — I- (10.30) для крайней сваи в кусте Ар = (0,51 + 0,2Н)1—Асот; (10.31) •для угловой сваи в кусте /1С0Г = л (0,5Z-J-0,2Я)2/4-—Лсот; (10.32) для средней сваи в ленточном фундаменте Af ~ 1-0,2Н — Асот, (10.33) где I — расстояние между сваями; Ас —площадь уплотненного вокруг сваи грунта; А сот =0,25л (2,5с0а; здесь d — приведенный диаметр сваи. Глубина толщи просадочного грунта, в пределах которой проявляются силы нагружаю- щего трения, Hsl.n = Hsl-A.s/‘sl. (Ю.34) 'Л где s $1 g — предельно допустимая просадка грунта от собственного веса при воздействии на сваю, при- нимаемая равной 3 см; е—относительная проса- дочность нижних слоев просадочной толщи. Вычисленные дополнительные нагрузки на сваю от сил нагружающего трения по форму- ле (10.28) не должны превышать значений, до- полнительной нагрузки Fn, определяемой по формуле и р'п-Уси .3 4Cffniht’ о°-35) г=1 где ус и v cj. — коэффициенты условий работы, при- меняемые по СНиП П-17-77; и—'Периметр ствола сваи; fn- —расчетная сила нагружающего трения по боковой поверхности сваи, принимаемая численно равной / . по СНиП 11-17-77, при полном водонасы- щении грунта. Пример 10.2. Определить размеры фундаментов под колонны здания, возводимого на уплотненных тяжелыми трамбовками просадочных грунтов с 1 ти- пом грунтовых условий. Исходные данные по грун- там: = 14,5 кН/м3, Р si=0> 16 МПа, сот”1'1'’ кН/м3, =19,5 кН/м3, 7^ = 18 кН/м3, =0,035 МПа, Фjj — = 22°, h„nrn =3 м, d=2 м, у „ =22 кН/м3. Исходные данные по нагрузкам: Fy=1250 кН; М=120 кН-м; Гл=40кН. Решение. Определяем предварительные размеры фундамента по условному расчетному сопротивлению /?о=0,3 МПа (см. табл. 10.3): Яо 0,3-100 принимаем 6=2 м, 1=2,4 м, Л =4,8 м2. Вычисляем по формуле (5.29) расчетное сопро- тивление на уплотненный грунт: А? = 0,4 МПа. Находим по формуле (10.17) расчетное сопротив- ление на уплотненный грунт по условию устранения просадки подстилающего неуплотненного лессовид- ного суглинка естественного сложения при а=0,207: Rc == (0,16 — 0,095 -ф 0,07)/0,207 — 0,35 МПа. Сопоставляя значения /? = 0,4 МПа и /?с=О,35 МПа, для расчета размеров подошвы фундамента принимаем минимальное значение: /? = 0,35 МПа. Определяем среднее и краевые давления по по- дошве фундамента при площади подошвы фундамен- та А = Ь /=2-2,4 = 4,8 м2, собственном весе фундамента G=Ady =4,8'2-22=212 кН, моменте от горизонталь- Г ной силы М f==F^d=40-2 = 80 кН и моменте инерции подошвы фундамента: И7=6/2/6=2-2,42/6= 1,92 м3: <7 = (Fv + G)/A + (М + Mrf/W = = (1250 + 212)/4,8 ± (120 + 80)/1,92 = = 30,4 ± ПО кН/м2 = 0,301 МПа; ст =0,304 МПа; О,„„.=0,414 МПа < 0,35-1,2 = 7/1 ?7let Л = 0,42 МПа; (J _ = 0,194 МПа. 10.1.4. Проектирование уплотненных оснований Исходными материалами при проектирова- нии уплотненных оснований служат: инженерно-геологические разрезы на за- страиваемом участке; основные физико-механические характери- стики грунтов, входящих в просадочную толщу (ti.', WL, Wp, II, p.s, pd, Sr, E-sl, Psi)-, данные о величинах просадочной толщи, просадки грунтов от собственного веса и типе грунтовых условий по просадочности; планы и размеры фундаментов подвальной части с нагрузками на фундаменты;
10.1. Проектирование оснований на просадочных грунтах 237 планы расположения в здании и вокруг него инженерных коммуникаций, каналов, при- ямков с глубиной их заложения. В проекте уплотненных оснований должны быть указаны: размеры уплотняемой площади в плане; требуемая глубина уплотнения; глубина котлована, в том числе глубина недобора грунта до проектной отметки зало- жения фундаментов; необходимая плотность уплотненного грун- та; оптимальная влажность уплотненного грун- та; расчетное сопротивление уплотненного грунта; количество воды при необходимости до- увлажнения и замачивания грунтов; размеры и массы трамбовок, ориентиро- вочное число ударов при поверхностном уп- лотнении грунтов, вытрамбовывании котлова- нов и пробивке скважин; типы грунтоуплотняющих механизмов; расположение скважин и способ доуплот- нения верхнего слоя грунта при глубинном уп- лотнении замачиванием и пробивкой скважин; специальные требования (при необходимо- сти) по производству работ. Уплотнение тяжелыми трамбовками при- меняется для устранения просадочных свойств грунтов в пределах всей или верхней части деформируемой зоны от нагрузки фундамен- тов; создания в основании здания или соору- жения сплошного маловодопроницаемого эк- рана; повышения плотности, прочностных ха- рактеристик и снижения сжимаемости грун- тов [5]. В зависимости от особенностей грунтовых условий уплотнение тяжелыми трамбовками принимается при степени влажности грунтов не более Src0,7 и плотности сухого грунта р</С1,6 т/м3. Наибольшая глубина уплотнения достига- ется при оптимальной влажности грунтов a'0=wp—(0,01 -4-0,ОЗаУр) и принимается ha— kcd, (10.36) где с!— диаметр основания трамбовки; fec—коэффи- циент пропорциональности, принимаемый по данным экспериментальных исследований для супесей и су- глинков &с = 1,8, для глин k с = 1,5. С учетом влияния динамических воздейст- вий на близрасположенные существующие зда- ния и сооружения уплотнение тяжелыми трам- бовками весом до 50 кН применяется при расположенйи уплотняемой площади на рас- стоянии не менее чем 10 м от зданий и соору- жений. Размеры уплотняемой площади в плане, при необходимости создания в основании сплошного маловодопроницаемого экрана, при- нимаются не менее чем на 1 м больше разме- ров здания по наружным граням фундаментов в каждую сторону. При уплотнении только с целью устранения просадочных свойств грун- тов ширина Ьс или длина 1С уплотняемой пло- щади назначаются в соответствии с конфигу- рацией и размерами фундаментов и принима- ются bc = b + 0,5 (b-—d). (10.37) Требуемая глубина уплотнения просадоч- ных грунтов тяжелыми трамбовками в осно- вании фундаментов определяется из условия полного устранения просадочных свойств грун- тов в пределах всей деформируемой зоны или только ее верхней части на глубину, при ко- торой суммарные осадки и просадки фунда- ментов не превышают предельных величин для зданий и сооружений. При уплотнении с целью создания сплошного маловодопроницаемого экрана глубина уплотнения должна быть не менее 1,5 м. Плотность сухого грунта в уплотненном слое назначается исходя из полного устранения просадочных свойств грунтов, обеспечения до- статочно низкой сжимаемости и высокой проч- ности уплотненных грунтов и для подавляю- щего большинства лессовых грунтов должна быть не менее 1,65—1,7 т/м3, а на иижией гра- нице уплотненной зоны— 1,6 т/м3. Величина недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов принимается в зависимости от природной степени плотности просадочного грунта, равной 0,15—0,25 глуби- ны уплотнения hc. Расчетные давления и осадки фундамен- тов на уплотненных тяжелыми трамбовками грунтах вычисляются по схеме двухслойного основания, состоящего из уплотненного слоя и подстилающего грунта природной структуры. Прочностные характеристики и модули дефор- мации уплотненных грунтов принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний. При отсутствии данных испытаний грунтов прочностные характеристики и модули деформации уплотненных лессовых грунтов допускается принимать по табл. 10.4. Грунтовые подушки применяются с той же целью, что и уплотнение тяжелыми трам- бовками в следующих случаях: когда степень влажности просадочных грунтов в основании фундаментов Sr>0,7; если необходимо полу- чить в основании фундаментов уплотненный слой толщиной более 3—3,5 м; при отсутствии кранов для уплотнения тяжелыми трамбовка-
238 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах ТАБЛИЦА 10.4. ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПЛОТНЕННЫХ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ Показатели Значение показателей при k£ и кН/м3 0,93 и 1G 0,95 и 17 0,97 й 18 Сцепление, МПа Угол внутреннего трения, град Модуль деформации, МПа: супесей суглинков . , а 0,055/0,025 28/24 0,075/0,035 30/25 20/15 25/20 0,1/0,045 32/26 — Примечания: 1. Показатель текучести грунтов Ij <0,14. 2. Перед чертой даны значения при степени влажности грунта Зг<0,5-ь0,6; за чертой — при 5;,> 0,8. ми; когда расстояние до существующих зда- ний и сооружений составляет менее 10 м. Необходимая толщина грунтовой подушки определяется, как правило, из условия полно- го устранения просадочных свойств грунтов в пределах деформируемой зоны, а при значи- тельной величине деформируемой зоны грунто- вые подушки выполняются только в пределах ее верхней части. Для малоэтажных зданий с нагрузкой на ленточный фундамент до 150 кН/м и на столб- чатый фундамент до 600 кН толщину грунто- вой подушки /?с и среднее давление по подо- шве фундамента р допускается определять по формулам: Р -- Рч1 hc^-~------— b; (10.38) Psi p = psl(hc/b+l), ' (10.39) где р — принятое среднее давление на грунт по по- дошве фундамента; —начальное просадочное давление грунта, залегающего ниже грунтовой по- душки; b — ширина фундамента. При устройстве подушек для создания сплошного маловодопроницаемого экрана их размеры назначаются исходя из условия отво- да аварийных вод за пределы деформируемой зоны грунта в основании фундамента и долж- ны превыш§1ь_раз1^ры._фуддам.ентов не менее чем на 1 м. При устройстве подушек только для ликвидации просадочных свойств грунтов в наиболее напряженной зоне основания фун- дамента ширина или длина их Ьс понизу оп- ределяется по формуле bc=b(l+2kh), (10.40) где йд — коэффициент, учитывающий характер рас- пределения горизонтальны?: деформаций в основании фундаментов при просадке грунта и принимаемый: при р=0,15-ь0,2 МПа £гд=0,3; при р=0,21 — 0,3 МПа А’д =“0,35 и при р=0,35-э-0,4 МПа ^=0,4. При устройстве грунтовых______подушек,—.с__. целью создания сплошного водонепроницаемо- ^~экртта“^лёдует применять, как правило, лёссовидные ' глины и суглинки, так как при этих грунтах достигается наибольшая водоне- проницаемость. Дренирующие материалы (пе- сок, шлак и т. п.) для возведения1 грунтовых подушек допускается применять с учетом их технико-экономических показателей только на площадках, с I типом грунтовых условий по просадочности. Грунтовые подушки должны устраиваться из однородных грунтов оптимальной влажно- сти, равной при укатке wQ — wp. При устрой- стве грунтовых подушек с целью ликвидации просадочных свойств основания плотность уп- лотненного грунта должна быть не менее 1,6 т/м3, а при создании сплошного водонепро- ницаемого экрана — не менее 1,7 т/м3. Вытрамбовывание котлованов под фунда- менты на просадочных грунтах с I типом грун- товых условий применяется: при удельном весе сухого грунта усг< <16,5 т/м3, числе пластичности /Р<0,03, сте- пени влажности Sr<0,7; для каркасных зданий с нагрузкой на фун- , дамент до 3500 кН и бескаркасных с нагруз- 1 кой до 600 кН/м; ( , при выполнении работ на расстоянии не .менее 10 м от эксплуатируемых зданий. Фундаменты в вытрамбованных котлова- нах подразделяются на обычные с плоской или заостренной подошвой и с уширенным осно- ванием, получаемым путем втрамбовывания в дно вытрамбованного котлована жесткого ма- териала (щебня, гравия, песчано-гравийной смеси и т. п.). Фундаменты в вытрамбованных котлова- нах для каркасных зданий проектируются с таким расчетом, чтобы под каждую колонну вытрамбовывался отдельный котлован, а под колонны у деформационных швов — спарен- ные котлованы, вытрамбовываемые в два следа. При применении фундаментов с уширенным основанием у деформационных швов обычно вытрамбовывается один котлован с устройст- вом соответствующего ростверка или уширен- ного оголовка под колонны. В бескаркасных зданиях фундаменты в вытрамбовыванных котлованах располагаются по осям стен на расстояниях, определяемых исходя из нагрузок на фундаменты, планов расположения степ, длины фундаментных ба- лок, прочности цокольных панелей и панелей
10.1. Проектирование оснований на. просадочных грунтах 239 технического подполья, а также с учетом воз- можности вытрамбовывания близко располо- женных котлованов. Минимальное расстояние между котлованами в свету принимается не менёО,8 их ширины поверху. Глубина вытрамбованных котлованов принимается исходя из необходимой глубины заложения фундамента, толщины подсыпки, а также связи их с каналами, приямками и ком- муникациями. Форма трамбовок в плане при вытрамбо- вывании котлованов под обычные фундаменты принимается квадратной, прямоугольной или круглой с плоским или заостренным основани- ем, а для фундаментов с уширенным основани- ем — квадратной, шестигранной, круглой с заострением нижнего конца в 60—90°. Уклон граней трамбовки принимается равным 0,05—0,2. Фундаменты в вытрамбованных котлова- нах проектируются, как правило, монолитными с учетом бетонирования их враспор со стенка- ми котлована. При расчете столбчатых и ленточных пре- рывистых фундаментов в вытрамбованных ко- тлованах без уширенных оснований краевые давления под подошвой фундаментов при ус- ловии, что рта^<1,2 (где — расчет- ное сопротивление грунта'' основания) и pmin>Po определяются по формуле (рис. 10.6) = (F, +<3)/А± (2М- 0,5Pft Ьт h^/W, min (10.41) где F — сумма вертикальных нагрузок, действую- щих на фундамент; G — собственный вес фундамен- та: А—площадь фундамента в среднем сечении на глубине 0,5/i; X7W—сумма моментов сил, относитель- но подошвы фундамента; bm—средняя ширина фун- дамента в сечении на глубине 0,5fe; W — момент со- противления среднего сечения фундамента на глуби- не 0,5hp', (h^ —глубина вытрамбованного котлована); рд — реактивный отпор грунта: Ph = a + bp- (10.42) здесь а=60 кН/м2; 6=0,4; р — среднее давление в се- чении фундамента на глубине 0,5/1^. За расчетное сопротивление грунта осно- вания фундамента в вытрамбованном котлова- не принимается минимальное значение сопро- тивления, получаемое: из расчетного сопротивления уплотненного грунта 7?i, определяемого по формуле (5.29) с использованием прочностных характеристик <ри и си уплотненных грунтов в водонасыщен- ном состоянии; из расчетного сопротивления опреде- ляемого исходя из сопротивления подстилаю- щего уплотненную зону просадочного грунта естественного сложения или другого слоя грун- та по формуле (10.17), в которой начальное просадочное давление принимается с ко- рне. 10.6. Основные виды фундаментов в вытрамбо- ванных котлованах а — с плоской подошвой без уширения; б —- с уширен- ным основанием: 1—уплотненная зона грунта; 2— стакан для установки колонны; 3 — фундамент; 4 — втрамбованный жесткий грунтовой материал эффицнеятом yfi=l,5 при определении psi по результатам компрессионных исследований и уг= 1,2 — по штамповым испытаниям. При расчете фундаментов в вытрамбован- ных котлованах с уширенным основанием учи- тывается создание в основании уширения ра- диусом з ,-- rf = kVVf, (10.43) где k — коэффициент, учитывающий форму ушире- ния и принимаемый: fe?=0,62 = 0,53; Vj — объем втрам- бованного в дно котлована жесткого материала. Радиус уплотненной зоны г вокруг уши- рения определяется по формуле з / ~~ r=0,95zyl/ ------JAram---, (10.44) 1И 4d.com 4d где — средний удельный вес сухого грунта в при- родном состоянии: у т —средний удельный вес сухого уплотненного грунта. Несущая способность фундаментов Fu в вытрамбованном котловане с уширенным ос- нованием на вертикальную нагрузку опреде- ляется при полном замачивании просадочного грунта в основании как наименьшее из зна- чений: несущей способности уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны Fu; несущей способности подстилающего уп- лотненную зону грунта естественной струк- туры f"u. . Несущая способность F и вычисляется по формуле ‘У - ус (Ъ* R. ф + Ч, ycf + .ц, ftp'. (10.45) где v и у—коэффициенты условий работы, рав- ные 1; Rc — расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, определяемое по табл. 10.5;
240 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых, грунтах Aj — площадь поперечного сечения уширенного осно- вания из жесткого материала в месте его наиболь- шего уширения; h — высота наклонной части фунда- мента, находящейся в грунте; ит — периметр попе- речного сечения фундамента в его средней части; Rf — расчетное сопротивление грунта по боковой по- верхности наклонной части, принимаемое по табл. 10.6; vсу — коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности фундамента, принимаемый Vcy= =0,8; i — уклон боковых стенок фундамента в долях единицы, при i>0,025 принимаемый равным 0,025; Е — компрессионный модуль деформации верхнего слоя грунта естественной структуры в водонасыщен- ном состоянии при р^р si; у с- —коэффициент усло- вий работы, принимаемый ус- =0,5; реологиче- ский коэффициент, принимаемый £ =0,8. ТАБЛИЦА 10.5. ЗНАЧЕНИЯ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ УПЛОТНЕННОГО ГРУНТА ПОД УШИРЕНИЕМ Глубина от поверхности до низа уши- ренного ос- нования, м Rc, кН/м2, при /£ 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 2,0 6500 2900 2000 1400 900 700 500 2,5 7000 3500 2500 1750 1100 900 550 3,0 7500 4000 3000 2000 1200 1100 600 3,5 7900 4500 3400 2250 1400 1150 650 4,0 8300 5100 3800 2500 1600 1250 700 5,0 8800 6200 4000 2800 2000 1300 800 ТАБЛИЦА 10.6. ЗНАЧЕНИЯ РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГРУНТА ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ Глубина вы- трамбовыва- ния, м Rp кН/м3, при 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 1,5 35 23 15 12 8 2,0 42 30 21 17 12 2,5 45 32 23 19 13 3,0 48 34 25 20 14 3,5 50 36 26 21 15 4,0 52 38 27 22 16 Несущая способность Fu определяется по формуле Ус Af 4“ hum (Rf уiEy , (10.46) где ус£> — коэффициент условий работы подстилаю- щего неуплотненного слоя грунта, при глубине котло- ванов 2; 2,5; 3; 3,5 м соответственно равный 1; 1,2; 1,4 и 1,6; — расчетное сопротивление подстилаю- щего слоя грунта; Aj — наибольшая площадь попе- речного сечения уплотненной зоны. Несущая способность уплотненных грунтов под фундаментами и вокруг них в вытрамбо- ванных котлованах с уширенным основанием на горизонтальные нагрузки и моменты Fh оп- ределяется по формуле Fh = ycPhbmh, (10.47) где ус — коэффициент условий работы, принимаемый Тс= 0,8; рд — реактивный отпор грунта, определяемый по формуле (10.42); Ъ т—средняя ширина фундамен- та иа глубине 0,5ft; ft — высота фундамента без уче- та заостренной части. Расчетная вертикальная нагрузка на фун- даменты в вытрамбованных котлованах с уши- ренным основанием N = Fu!yg, (10.48) где Vg — коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности фундаментов рас- четом Yg =1,4, а по данным испытаний yg =1. Глубинное уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями) применяется при необхо- димости устранения просадочных свойств грунтов на глубину до 24—28 м, при устрой- стве нротивофильтрационных завес и, как пра- вило, при влажности грунтов, близкой к опти- мальной, и степени влажности не более 0,75, при отсутствии отдельных слоев и прослоек плотных грунтов, песков, маловлажных супе- сей, линз, переувлажненного грунта со сте- пенью влажности Sr>0,75, верховодки и вы- полняется в котлованах размерами в плане на 3 м больше в каждую сторону размеров уп- лотняемой площади. Отметка дна котлованов назначается с учетом последующей срезки бу- ферного слоя или доуплотнения его тяжелыми трамбовками. Толщина буферного слоя, м, hb = kbd, (10.49) где d — диаметр скважин (грунтовых свай), м, при- нимаемый при пробивке их станками ударно-канат- ного бурения d=0,5 м, а при использовании энергии взрыва d=0,4 м; k ь — коэффициент пропорциональ- ности, принимаемый по опытным данным: для супе- сей суглинков fe^ = 5 и глин й^=6. Площадь уплотняемого основания должна превышать площадь подошвы фундамента за счет полосы, выступающей за его пределы по периметру в каждую сторону на величину, рав- ную: на грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности 0,2 Ь, а для отдельно стоя- щих сооружений с высоким расположением центра тяжести (дымовые трубы, водонапор- ные башни и т. п.) не менее 0,3 b (где b — длина меньшей стороны прямоугольного или диаметр круглого фундамента, м), но не менее 0,8 и не более 2 м; на грунтах со II типом грунтовых условий по просадочности 0,2 глубины просадочной толщи Hsi, но не менее 0,5 Hsi. Скважины в уплотняемом массиве следует размещать в шахматном порядке по вершинам равностороннего треугольника. Независимо от числа скважин под фундаментом, полученного по расчету, число рядов их по длине и шири- не фундамента должно быть не менее трех. Первый ряд грунтовых свай располагается на расстоянии от границы уплотняемой площади основания, равном 0,5 I, где I — расстояние между центрами скважин, определяемое по табл. 10.7 или-по формуле
10.1. Проектирование оснований на просадочных грунтах 241 / yd /=°’9И1/ 7-^4 • (1°'S0> где V— удельный вес сухого грунта в природном состоянии; с—удельный вес сухого грунта уплот- ненного массива. ТАБЛИЦА 10.7. РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ ЦЕНТРАМИ СКВАЖИН ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ПЛОТНОСТИ ПРОСАДОЧНОГО ГРУНТА со о о Ь u Е- m Z? ” Значения 1 при кН/м3 1 Удельный 1 уплотнение сухого гр> Vc’ кН/м 12,2 13 13,5 14 14,6 15,1 16,5 1,9 d 2,1 d 2,2 d 2,5 d 2,8 d 3,3 d 17 1,8 d 2,0 d 2,1 d 2,3 d 2,5 d 2,9 d 17,5 1,7 d 1,9 d 2,0 d 2,1 d 2,3 d 2,6 d Уплотнение просадочных грунтов пробив- кой скважин выполняется из расчета дости- жения среднего значения удельного веса су- хого уплотненного грунта: на площадках с I типом грунтовых усло- вий по просадочности 16,5 кН/м3; на площадках со II типом грунтовых ус- ловий по просадочности 16,5 кН/м2 в преде- лах верхнего слоя на глубину Hsi/2 и 17 кН/м3 в пределах нижнего слоя на ту же глубину. При глубинном уплотнении пробивкой скважин в целях устройства противофильтра- ционной завесы средний удельный вес сухого уплотненного грунта должен быть не менее 17,5 кН/м3. Пробитые скважины заполняются местным глинистым грунтом с уплотнением до удель- ного веса не менее 17,5 кН/м3 или другим бо- лее прочным грунтовым материалом. Количе- ство грунтового материала по весу, необходи- мое для набивки 1 и длины скважины, опре- деляется по формуле q = kcAydc (1+ю) , (10.51) где Ас — коэффициент, зависящий от вида уплотняе- мого грунта и обусловленный увеличением диаметра скважины в процессе трамбования засыпаемого грун- тового материала: для супесей fec=l,4, для суглинков и глин k =1,1; А—площадь поперечного сечения скважины; —удельный вес сухого уплотненного грунта в скважине, равный 17,5 кН/м3; w—-влажность грунта, засыпаемого в скважину. Уплотнение предварительным замачивани- ем обеспечивает устранение просадочных свойств грунтов только от их собственного ве- са и перевод грунтовых условий из II в I тип по просадочности. Поэтому такое уплотнение обычно комбинируется с доуплотнением про- садочных грунтов в деформируемой зоне от нагрузки фундаментов путем уплотнения тя- желыми трамбовками, устройства грунтовой подушки, вытрамбовывания котлованов, под- водными взрывами или устройством свайных .фундаментов. ' Уплотнение просадочных грунтов предва- рительным замачиванием целесообразно При- менять: при залегании сверху супесей и легких су- глинков, отсутствии водоупорных прослоек в пределах просадочной толщи, наличии ниже ее дренирующих слоев, обеспечивающих быстрый отток свободной воды; на вновь застраиваемых площадках при отсутствии вблизи зданий и сооружений; при строительстве сравнительно тяжелых зданий, когда грунт в пределах большей ча- сти деформируемой зоны доуплотняется от на- грузки фундаментов; при просадках грунтов от их собственного веса более 30 см. Предварительное замачивание просадочных грунтов производится в котлованах или тран- шеях глубиной 0,4—1 м. Вокруг котлованов выполняется обвалование с таким расчетом, чтобы обеспечить поддержание уровня воды в нем на высоту 0,3—0,4 м. Котлованы для удоб- ства производства работ разбиваются на от- дельные карты шириной 40—50 и длиной 50— 100 м. Для обеспечения достаточно равно- мерного уплотнения грунтов в пределах рас- положения здания размеры котлованов по ши- рине принимаются на 0,3 Hsi, а по длине на 0,5 Hsi больше фундамента здания в каждую сторону. При неизбежных просадках грунтов во- круг зданий вследствие подъема уровня грун- товых вод или орошения предварительное за- мачивание целесообразно осуществлять по всей застраиваемой площади, т. е. не только под зданиями, но и под дорогами, коммуникация- ми и т. П. Для получения более равномерной просад- ки грунтов дно котлованов в пределах 10—- 15 м от края планируется с уклоном 0,02 — 0,03 к наружным сторонам котлована. При залегании на поверхности дна котло- вана тяжелых суглинков или глин с целью со- кращения сроков замачивания выполняются дренирующие скважины на глубину (0,5-4- диаметром не менее 15 ом, засы- панные песком, гравием, мелким стойким шла- ком и т. п. Расстояние между скважинами в пределах замачиваемого участка принимается равным 5—Ю м, а в торцах — 2—4 м. Замачивание осуществляется до полного промачивания всей толщи просадочных грун- тов и достижения условий стабилизации про- садки. За условную стабилизацию просадки
242 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах грунта принимается просадка его менее 1 см в неделю, наблюдаемая в течение последних двух недель. Необходимое количество воды для замачивания грунта определяется по формуле Q = + (10.62) Тш \ 2 / где к> — влажность при полном водонасыщении грунта (Sr=0,8); w — природная влажность; — удельный вес сухого грунта; у—удельный вес во- ды, принимаемый равным 10 кН/м3; V, — объем грун- та в пределах замачиваемого котлована, равный пло- щади котлована, умноженной на толщину промачи- ваемого слоя грунта; V? — суммарный объем грунта в пределах зон распространения воды в стороны от замачиваемого котлована. Для наблюдения за просадкой грунтов на дне котлована и за его пределами на расстоя- нии не менее полуторной толщины просадоч- ного слоя устанавливаются поверхностные мар- ки по двум-трем поперечникам через каждые 3—8 мм. В средней части котлована для на- блюдения за послойной деформацией, грунта устанавливается куст глубинных марок, кото- рые закладываются через каждые 2—3 м по глубине в пределах всей просадочной толщи. В плане глубинные марки располагаются на расстоянии 0,5—1 м одна от другой. В проекте привязки зданий и сооружений на основаниях, уплотненных предварительным замачиванием не до полной стабилизации про- садок, должно быть' предусмотрено превыше- ние отметок заложения фундаментов против проектных, равное возможной экстраполируе- мой просадке грунта. Экстраполяция кривой просадки грунта от действия его собственного веса во времени производится с учетом следу- ющих положений: принимается условно, что полная стабили- зация просадки грунта во времени наступает через 300 дней от начала просадки; ' замачивание грунта производится при по- стоянном уровне воды в котловане и прекра- щается после наступления условной стабили- зации просадки. Кривая просадки грунта от действия его собственного веса во времени выражается уравнением гиперболы У = ^.гЧ(' + *»). (Ю.53) где Sp —просадка в заданное время е; $ g —про- садка после ее полной стабилизации; t — период по- сле начала просадки, при котором определяется экстраполированная просадка, сут; to — параметр, су г. Величина просадки sst.g при достижении полной стабилизации определяется по данным просадки грунта sazl и ss;2 из выражения l/sszi= l/ssl2~-ltga(l/i2- 1//G), (10.54) где 4 = 300; 1 / So [1 «“» 1 I Sc?9 <10-55) tgа /0/ssZog. (10.56) Пример 10.3. Рассчитать основной тип фундамен- та в вытрамбованном котловане с уширенным осно- ванием для девятиэтажного крупнопанельного жилого дома на просадочных грунтах с I типом грунтовых условий. Исходные данные: вертикальная нагрузка на фундамент 1100 кН, горизонтальная 60 кН; фиэи- ко-механнческие характеристики грунтов на глубину до 6 м: Vd = 14>5 кН/мэ; даю0,17; ®д“0,27; w^-0,17; ^sj=0,14 МПа; с с=0,045 МПа; <рс =26а; =3,5 МПа. Решение. Принимаем фундамент шестигранной формы в плане, радиусом описанной окружности по- низу 0,35 м, поверху 0,45 м и высотой без заострения 2,5 м, с объемом втрамбованного щебня Уу=1,5 м3. Определяем по формуле (10.43) радиус уширения 7 и площадь уширения А?: Гу = 0,55 5 = 0,63 м; = яг2 = 3,14-0,632 == 1,25 м2. По формуле (10.44) вычисляем радиус г и пло- щадь Ас уплотненной зоны при Р^с=1.6 т/м3: Зг------------— г = 0,95-0,63 у 16/(16 — 14,5) =1,32 м; А = яг2 = 3,14-1,322 = 5,48 м2. с с Находим по формуле (10.45) несущую способ- ность фундамента F^ по уплотненному грунту при / =0,4: F'u = 1 [2120-1,25 -j- 2,5-2,4 (12-1,5 -f- 0,025 X X 350-0,5-0,8)] = 2940 кН. Опоеделяем по формуле (10.46) несущую способ- ность фундамента F^ по грунту природного сложе- ния: F" = 1 11,2-1,5-140-5,48 + 2,5-2,4 (12-1,5 + + 0,025-350-0,5-0,8)] = 1780 кН. Расчетную вертикальную нагрузку на фундамент вычисляем по минимальному значению его несущей способности F : и N = 1780/1,4 = 1270 кН < 1100 кН. Находим несущую способность уплотненного грунта вокруг фундамента на горизонтальную на- грузку по формуле (10.47) при Цд=60 + 0,4-500=60 + +200=260 кН [см. формулу (10.42)]: F, =0,8-260-0,7-2.5 = 352 кН > 60 кН. 1г 10.1.5. Водозащитные мероприятия При проектировании оснований, фундамен- тов и зданий на просадочных грунтах учиты- ваются водозащитные мероприятия, которые, как правило, применяются на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности с целью: снижения вероятности замачивания грунтов в основании; исключения интенсивного замачивания грунтов на всю величину проса- дочной толщи и полного проявления возмож- ной просадки грунта; контроля за состоянием сетей, несущих воду; возможности их осмотра и быстрого ремонта; своевременного исключе- ния дальнейшего замачивания грунтов в осно- вании и т. п. ! В комплекс водозащитных мероприятий входят; компоновка генплана; планировка за-
10.1 Проектирование оснований на просадочных грунтах 243 страиваемой территории; устройство под зда- ниями и сооружениями маловодопроницаемых экранов; качественная засыпка пазух котло- ванов и траншей; устройство вокруг зданий отмосток; прокладка внешних и внутренних коммуникаций, несущих воду, с исключением возможности утечки из них воды и обеспече- нием свободного их осмотра и ремонта; отвод аварийных вод за пределы зданий и в ливне- сточную сеть и др. Компоновка генеральных планов выпол- няется с максимальным сохранением естест- венных условий стока поверхностных вод. Здания и сооружения, предназначенные для технологических процессов, связанных с по- треблением воды, должны располагаться, как правило, в пониженных частях рельефа за-' страиваемой площадки либо на участках с вы- соким расположением уровня грунтовых вод или наличием дренирующего слоя, подстилаю- щего просадочную толщу грунтов. Планировка застраиваемой площадки или участка строительства выполняется с исполь- зованием путей естественного стока атмосфер- ных вод. Применение песчаных грунтов, строи- тельного мусора и других дренирующих мате- риалов для планировочных насыпей на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности не допускается. Застраивае- мая площадка, расположенная на склоне, должна быть отгорожена от вод, стекающих со склонов, нагорной канавой, имеющей вы- пуски для сброса дождевых вод за пределы застраиваемой территории и уклон не менее 0,005. В основаниях зданий . и сооружений, воз-, водимых на просадочных грунтах, относящих- ся ко II типу грунтовых условий по просадоч- ности, с применением комплекса мероприятий, устанавливаются сплошные маловодопрони- цаемые экраны из уплотненного лессового грун- та с уширением их в каждую сторону от наружных граней фундаментов. Прорезка траншеями для коммуникаций маловодопрони- цаемых экранов под зданиями на глубину более !/з их толщины не допускается. При этом толщина экрана ниже дна траншеи должна быть не менее 1,5 м для зданий и сооружений, в которых будут проходить технологические процессы, связанные с потреблением воды, а также для зданий повышенной этажности и не менее 1 м для остальных зданий и соору- жений. Обратные засыпки котлованов у фунда- ментов и траншей для коммуникаций должны устраиваться из местных лёссовидных суглин- ков, глин, а при отсутствии их — из супесей. Грунт в обратные засыпки отсыпается с оп- тимальной влажностью отдельными порциями и уплотняется до плотности в сухом состоянии не менее 1,55—1,65 т/м3. Вокруг каждого здания должны быть уст- роены водонепроницаемые отмостки. Ширина их вокруг зданий и сооружений, возводимых на площадках со II типом грунтовых условий по просадочности с применением комплекса ме- роприятий, должна быть не менее 1,5 м для зданий высотой до 18 м и не менее 2 м для зданий высотой более 18 м. На площадках с I типом грунтовых условий по просадочности, а также при полном устранении просадочных свойств грунтов или при полной их прорезке на площадках со II типом грунтовых условий ширина отмосток принимается не менее 1 м. Отмостки по периметру зданий независимо от конструкций одежды должны иметь подготов- ку из местного уплотненного грунта слоем тол- щиной не менее 0,15 м и устраиваться с ук- лоном в поперечном направлении не менее 0,03. Отметка бровки отмостки должна пре- вышать планировочную отметку не менее чем на 0,05 IM. Ввод водопровода и теплосетей в здание, а также выпуски канализации и водостоков следует прокладывать в каналах со съемны- ми плитами перекрытия. Каналы целесообраз- но делать из одного железобетонного лотка и укладывать с уклоном не менее 0,02 в сторо- ну от здания. Примыкание каналов к фунда- ментам здания должно быть герметичным и выполняться с учетом неравномерной просад- ки канала и фундамента. Длина канала от об- реза фундамента здания принимается в зави- симости от толщины слоя просадочных грун- тов и диаметра трубопроводов согласно табл. 10.8. ТАБЛИЦА 10.8. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДЛИНЫ КАНАЛОВ-ВЫПУСКОВ Диаметр труб, мм Длина каналов, м, при толщине слоя просадочного грунта, м <12 >12 <100 5 7,5 100—300 7,5 10 >300 10 15 Ввод водопровода и теплосетей, а также выпуски канализации и водостоков должны располагаться вне углов и мест сопряжения фундаментов. Минимальный разрыв между трубой и фундаментом параллельных ей сетей в свету рекомендуется принимать не менее. 1 м. Для прокладки вводов и выводов коммуника- ций в фундаментах или в стенках подвалов следует предусматривать отверстия или прое- мы. Расстояние от верха труб до верха отвер-
244 Глава 10. П роектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах стая или проема должно составлять !/4 рас- четной просадки основания здания, но не ме- нее 0,15 м; расстояние от низа трубы до по- дошвы фундаментов — не менее 0,5 м. Полы в зданиях и сооружениях, запроек- тированных с применением комплекса меро- приятий, устраиваются водонепроницаемыми. Грунт в основании полов выше маловодопро- ницаемого экрана уплотняется до плотности в сухом состоянии не ниже 1,6 т/м3. Для стока аварийных вод полы делаются с уклоном 0,005—0,01 к приямкам. В местах сопряжения полов со стенами прокладывают плинтусы на высоту 0,1—0,2 м. ЮЛ .6. Мероприятия по обеспечению нормальной эксплуатации деформировавшихся зданий Мероприятия по обеспечению прочности и нормальной эксплуатации деформировавшихся зданий заключаются: в исключении дальнейшего развития не- равномерных просадок грунтов в основаниях; в восстановлении прочности деформиро- вавшихся конструкций зданий и сооружений; в создании нормальной эксплуатации зда- ний и сооружений. 'Исключение дальнейшего развития нерав- номерных просадок грунтов в основаниях де- формировавшихся зданий и сооружений до- стигается: устранением повышения влажности исходить из того, что при наличии водозащит- ных мероприятий, рекомендуемых норматив- ными документами, повышение влажности грунтов., в основаниях свыше влажности на границе раскатывания может быть практиче- ски исключено. Просадки фундаментов зданий и грунта от его собственного веса вычисляются по оставшейся относительной просадочности, вы- явленной дополнительными изысканиями. В случаях когда можно исключить даль- нейшее замачивание грунтов и развитие их просадок, а также при дополнительных про- садках фундаментов от их нагрузки и соб- ственного веса грунта, не превышающих до- пустимые для зданий и сооруженией, для лик- видации последующих просадок целесообразно применять усиленный комплекс водозащитных мероприятий с проведением систематического контроля за их состоянием и осадками фунда- ментов. В остальных случаях, как правило, должны применяться перечисленные выше ме- тоды уплотнения, закрепления или прорезки просадочных грунтов. Уплотнение просадочных грунтов организо- ванным замачиванием обычно применяется при необходимости одновременного выправления кренов, перекосов в конструкциях зданий и со- оружений, отсутствии близко расположенных зданий, залегании ниже просадочной толщи подстилающих дренирующих грунтов и при грунтов и тем самым их просадки; уплотне- нием просадочных грунтов под существующи- / мй зданиями и сооружениями путем замачива- ! ния с одновременным выправлением их креновь и перекосов; закреплением просадочных грун- тов силикатизацией, обжигом; прорезкой бу- роинъекционными, залавливаемыми или буро- набивными сваями. Все эти меры разрабаты- ваются на основе анализа возможности повышения влажности грунтов; подъема уров- ня грунтовых вод; условий эксплуатации зда- ний и сооружений; характера происшедших деформаций; прогноза увеличения просадок грунтов от нагрузки фундаментов и собствен- ного веса и других факторов. Возможность дальнейшего повышения влажности просадочных грунтов определяется характером технологического процесса, прохо- дящего в зданиях. Исходя из опыта строи- тельства на просадочных грунтах повышение влажности грунтов вплоть до полного их во- донасыщения, несмотря на наличие водозащит- / ных мероприятий, можно считать неизбежным / в основаниях зданий~и~сооружений, где про- исх6дат~т^нблотй^с1шй’”’процесс7связанный с потреблением воды. Для жилых и большинства гражданских и промышленных зданий можно других благоприятных факторах. Закрепление просадочных грунтов силика- тизацией и обжигом под существующими зда- ниями рекомендуется принимать при достаточ- но высоких коэффициентах фильтрации и га- зопроницаемости и при относительно низкой влажности, а прорезку просадочных грунтов буроинъекционными, залавливаемыми, бурона- бивными сваями — при высокой влажности грунтов, наличии подстилающего слоя высокой несущей способности, наличии условий для вы- полнения работ по всей площади здания и т. п. Мероприятия по восстановлению прочно- сти конструкций деформировавшихся зданий включают: усиление имеющих трещины балок, колонн, плит, простенков и т. п.; заделку тре- щин в стенах цементным раствором; увеличе- ние площадей опирания балок, плит и других конструкций путем подведения под них допол- нительных опор; установку дополнительных элементов жесткости и т. п. Все эти мероприя- тия по восстановлению прочности зданий вы- полняются в соответствии с расчетом возмож- ного дополнительного развития неравномерных просадок грунтов в основаниях. Обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений достигается: заделкой
10.2. Проектирование оснований и фундаментов на набухающих грунтах 245 трещин в стенах; выравниванием горизонталь- ности полов; выполнением послеосадочного ре- монта; выправлением лифтовых шахт или на- правляющих рельсов в вертикальное положе- ние с учетом имеющихся запасов по ширине и длине. Мероприятия по обеспечению прочности и нормальной эксплуатации деформировавшихся зданий и сооружений должны также содержать предложения по организации и проведению наблюдений за деформациями зданий и осад- ками фундаментов, включая рекомендации по размещению стенных марок и исходных непо- движных реперов, по конструкции и размеще- нию маяков, по периодичности наблюдений и т. п. Кроме этого, при возможном подъеме подземных вод целесообразно устраивать не- сколько наблюдательных скважин для перио- дического замера уровня подземных вод. 10.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ 10.2.1. Общие положения К набухающим относятся глинистые грун- ты, которые, находясь в напряженном состоя- нии. от действия нагрузки или от собственного веса, способны при замачивании водой или растворами увеличиваться в объеме, при этом величина относительно набухания в случае свободного набухания образца без приложе- ния внешней нагрузки Sgffi)s>0,04 [7]. Набухающие грунты характеризуются большим содержанием глинистых частиц и вы- сокими значениями влажности -на’границе те- кучести и числа пластичности; при этом при- родная влажность их менее влажности на гра- нице раскатывания. Для предварительной оценки набухающих грунтов используется по- казатель П= (cl—е)/(1+е), который для этих грунтов составляет более 0,3. Набухающие грунты классифицируются следующим образом: слабонабухающие 0,04< СЁдШсО,О8; средненабухающие 0,08<8дг2У< 0,12; сильнонабухающие б ^>0,12. При уменьшении влажности набухающих грунтов возникают деформации усадки, имею- щие объемный характер. Увеличение влажно- сти набухающих грунтов в основании фунда- ментов приводит к подъему последних, а умень- шение к их осадке, что должно учитываться при проектировании сооружений. Кроме того, возможны горизонтальные дефор- мации грунта, вызывающие возникновение го- ризонтального давления набухания, которое следует учитывать при проектировании заглуб- ленных частей или всего сооружения. Причинами набухания грунта в основании являются: увлажнение грунта подземными и производственными водами; повышение влажности за счет подъема уровня грунтовых вод; накопление влаги под сооружениями в ограниченной по глубине зоне вследствие на- рушений природных условий испарения при застройке (экранирование массива грунта со- оружениями) ; изменение водно-теплового ре- жима под действием сезонных климатических факторов. Усадка грунта вызывается в основном уменьшением влажности под действием темпе- ратуры от технологических установок или климатических факторов. 10.2.2. Исходные данные для проектирования Проектирование оснований на набухающих грунтах производится на основе инженерно- геологических изысканий, которые должны от- ражать: характер напластования и толщину слоя набухающих грунтов; расчетные характеристики набухания и усадки, полученные по данным лабораторных испытаний и полевых работ на площадке, включая данные испытания свай; гидрогеологические условия площадки с учетом возможных изменений в процессе эк- сплуатации сооружения. Расчетными характеристиками набухания и усадки грунта являются [2, 4] следующие. 1. Относительное набухание, определяемое по формуле Ssoy ~ (hsat hn)/hn, (10,57) где hsai — высота образца после его набухания (в случаях невозможности бокового расширения), за счет замачивания грунта до полного водонасыщения; h — исходная высота образца до его замачивания. Набухание может быть свободным, когда замачивание грунта производится без прило- „ о жени я внешней нагрузки, ssW и под нагрузкой е,Ч10. Относительное набухание грунта под на- грузкой определяется на образцах, вырезаемых из одного монолита, при ступенях нагрузки 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом в 0,1—0,2 МПа до необходимых пределов. Кро- ме того, испытывается образец под давлени- ем, вызванным весом штампа и измерительно- го оборудования. На каждой ступени нагруз- ки испытывается не менее четырех образцов. Результаты испытаний обрабатывают методом наименьших квадратов и строят осредненную зависимость esl0=f(p) (рис. 10.7, а). При оп- ределении этой зависимости по данным испы-
246 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах таний штампами в полевых условиях допуска- ется использование единичных значений отно- сительного набухания, полученных при различных давлениях. 2. Давление набухания psw, возникающее при замачивании грунта и характеризуемое давлением, передаваемым на образец в усло- Рис. 10.7. Зависимости относительного набухания от давления (а), изменения объема от влажности (б), горизонтального давления набухания во времени (е) виях, исключающих возможность бокового расширения, когда деформации набухания равны нулю. Давление набухания принимает- ся на основе кривой Esw — f(p) и соответствует точке пересечения этой кривой с осью давле- ния (см. рис. 10.7, а). 3. Влажность набухания, за которую при- нимается влажность грунта после завершения его набухания в условиях, исключающих воз- можность бокового расширения, при отсутст- вии нагрузки w°sw или при обжатии заданным давлением wsw. 4. Усадка грунта, определяемая по высо- те, диаметру и объему по формулам: $sh = (^?г hd)lhn', (10.58) = {dn-d^/dn, (10.59) (10.60) где hn,dn, Vn n hci<d(p V$ — начальные и конечные значения высоты, диаметра и объема образца грунта. Влажность на пределе усадки грунта со- ответствует влажности грунта в точке пере- гиба кривой графика зависимости изменения объема образца грунта от влажности при вы- сыхании грунта (рис. 10.7, б). 5. Горизонтальное давление набухания [6] характеризуется максимальным pfwma,.n уста- новившимся pjw значением (рис. 10.7, в). Рас- четное значение pfwr определяется по формуле PL.r^hPsw.max’ (Ю.61) где v с—коэффициент условий работы, равный 0,85; коэффициент, зависящий от интенсивности нач бухания: Интенсивность на- бухания, .%/сут . . 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6> 0,7 /г. ....... . 1,4 0,25 1,12 1,05 1,02 1,01 1 п Интенсивность набухания 1" — &sw.max/t » (10.62) где 8да7Паж — относительное набухание грунта, соответствующее максимальному значению горизон- тального давления, %; / — период достижения мак- симального значения горизонтального давления, сут. Прибор, рекомендуемый для определения горизонтального давления, показан на рис. 10.8. Расчетной характеристикой основания яв- ляется зона набухания глубиной Hsw, нижняя граница которой принимается: а) при инфильтрации атмосферных и про- изводственных вод — на глубине, где суммар- ное давление на слой грунта Gz-tot равно дав- лению набухания грунта psw; б) при наличии подземных вод — на 3 м выше установившегося уровня подземных вод, но не ниже установленного по п. «а»; в) при экранировании поверхности и изме- нении водно-теплового режима — на глубине, установленной по экспериментальным данным для данного климатического района; при от- сутствии таких данных — на глубине 5 м от уровня планировки. 10.2.3 Проектирование оснований и фундаментов Расчет оснований сооружений на набуха- ющих грунтах производится по деформациям, как на обычных грунтах, а при необходимо- сти — и по. несущей способности. По характе- ристикам грунта в природном состоянии оп- ределяется расчетное сопротивление основания Г, по которому назначаются размеры фунда- ментов. При этом рекомендуется в расчете принимать повышение значения Я в 1,2 раза, если осадка фундамента не будет превышать 0,4 допустимой для данного здания и соору- жения. Кроме того, следует определять до- полнительные деформации (подъемы или осад- ки фундаментов), возникающие в результате набухания или усадки грунта в основании со- оружений. Подъем основания фундаментов при на- бухании грунта в случае его замачивания оп- ределяется по формуле п hsw — У, EsKij hf (10.63) i=i где Ест- — относительное набухание i-ro слоя, оп- ределяемое в зависимости от причин набухания; толщина рассматриваемого слоя грунта; — ко-
10.2. Проектироваяие оснований и фундаментов на набухающих грунтах 247 Рис. 10.8. Прибор для определения горизонтального давления при набухании 1 — штамп; 2 — стакан; 3 — боковые штампы; 4 — ди- намометр сжатия; 5 — упорная система динамометра; 6 — плита; 7 — винтовая площадка; 8—трубка для замачивания; 9 — дно стакана эффициент, принимаемый: kwg =0,8 при суммарном давлении G., =0,05 МПа; k =0,6 при о = = 0,3 МПа;г-%\ю =0,84-0,08^ /а0 (где а° = = 0,1 МПа) при промежуточных значениях ог ? Относительное набухание грунта опре- деляется по следующим формулам: при инфильтрации и подъеме уровня под- земных вод Ssw — (hsat—hn)/hn, (10.64) где h — высота образца заданной влажности и плотности, обжатого без возможности бокового рас- ширения суммарным давлением; h sat —высота то- го же образца после замачивания, обжатого в тех же условиях; при экранировании поверхности и изме- нении водно-теплового режима k{weq — w0)l(\ +е0), (10.65) где k — коэффициент, определяемый опытным путем, а при отсутствии экспериментальных данных прини- маемый равным 2; eq —конечная влажность грун- та; wrj — начальная влажность грунта; ев — начальное значение коэффициента пористости грунта. Значение wsq слоя i при экранировании определяется по результатам эксперименталь- ных исследований зависимости влажности на- бухания от давления, вычисляемого по выражению Pi = yw (2 — 4- 2стг/Ы) /ys), (10.66) где у— удельный вес воды, кН/м3; г — расстояние от поверхности планировки до уровня подземных вод, см; 2- —глубина расположения середины рассмат- риваемого i-го слоя, м; —суммарное давле- ние в середине рассматриваемого слоя, МПа; 7 — удельный вес минеральных частиц грунта, кН/м3, При изменении водно-теплового режима влажность weq принимается в период макси- мального увлажнения грунта основания, а влажность йуо — в период наибольшего высы- хания грунта; коэффициент пористости ео принимается для влажности грунта в период наибольшего его высыхания. Профиль влаж- ности грунта при максимальном увлажнении DL Рис. 10.9. К расчету, подъема фундамента при набу- хании грунта и высыхании устанавливается опытным путем, Суммарные давления <5z.tot в середине i-ro рассматриваемого слоя (рис. 10.9) грунта в основании сооружения определяются по фор- муле ®z.tot — ®г.р "Ь Gz.§ 4“ ®z.ad? (10.67) где пг р — давление от нагрузки фундамента в се- редине'рассматриваемого слоя, МПа; п, g ~~ давле- ние от собственного веса толщи грунта от подошвы фундамента до середины рассматриваемого слоя, МПа; пг O(j — дополнительное давление, МПа, дей- ствующее в середине рассматриваемого слоя и воз- никающее вследствие влияния веса неувлажненной части массива, расположенной вне пределов площади замачивания: О’т.ай = kg у (d+ г), (10.68) где kp—коэффициент, принимаемый по табл. 10.9 в зависимости от отношения длины L,w замачиваемой
248 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах площади к ее ширине Bw и относительной глубины расположения середины рассматриваемого слоя; v — удельный вес набухающего грунта, кН/м3; г — рас- стояние от подошвы фундамента до середины рас- сматриваемого слоя, см; d — глубина заложения по- дошвы фундамента от отметки планировки, см. ТАБЛИЦА 10.9. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА kg 2 d В W А; при отношении Lw/Bw 1 2 3 4 5 0,5 0 0 0 0 0 1 0,58 0,5 0,43 0,36 0,29 2 0,81 0,7 0,61 0,5 0,4 3 0,94 0,82 0,71 0,59 0,47 4 1,02 0,89 0,77 0,64 0,53 5 1,07 0,94 0,82 0,69 0,57 Пример 10.4. Рассчитать подъем фундамента раз- мером 1X1 м под колонну здания размером в плане 12X24 м. Давление по подошве квадратного фунда- мента 0,2 МПа, глубина его заложения d = l м. Ос- нованием фундаментов служат набухающие глины, залегающие слоем толщиной 10 м от поверхности и подстилаемые пылеватыми песками. Плотность глин 2 т/м3, давление набухания по лабораторным испыта- ниям psls =0,29 МПа. В процессе эксплуатации воз- можно увлажнение грунта водой в пределах всего здания; отношение сторон замачиваемой площади =24/12=2. Решение, Разбиваем основание ниже подошвы фундамента на 10 слоев толщиной 1 м и определяем суммарное давление, действующее в середине каж- дого слоя при набухании грунта. Для первого слоя, примыкающего к подошве фундамента, найдем зна- чение коэффициента kg: середина этого слоя распо- ложена на глубине z + rf = 0,5+1 =1,5 м; тогда при (z+d)/Bw = 1,5/12 = 0,12 значение feg = 0. Для этого слоя давление от фундамента <з= ра=2-0,7=0,14 МПа, a pz g =72 = 2-0,5=0,1 МПа, В табл. 10.10 приведены величины, используемые при определении а7 а также коэффициент k w, находимый для каждого слоя грунта. На глубине 9,5 м от подошвы фундамента сум- марное давление больше давления набухания грун- та, поэтому толщину зоны набухания принимаем равной 10 м от подошвы фундамента. Для определения зависимости е а, —f(.p) были ис- пытаны в компрессионных приборах шесть образцов. Эти образцы замачивались под нагрузкой 0,007 (вес штампа прибора); 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 МПа. Значения относительного набухания для харак- терных давлений следующие: р, МПа. . 0,07 0,08 0,096 0,11 0,15 0,18 0,226 0,27 е5Ш, % . . 3,2 3 2,4 2 1,8 1,7 1,3 1 Подъем фундамента определяем по формуле п hsw= 2 ss^hikswi = WQ^8-0'72+ i—1 4- 3,2-0,82 4- 3,3-0,80 4-3-0,79 4- 2,4-0,78 4~ 4- 2-0,75 + 1,81-0,72 + 1,7-0,69 + 1,3-066 -f- 1-0,62) 0,01 — 16 см, где 0,01 —коэффициент, учитывающий переход зна- чений 8Ы в % к значениям в долях единицы. Пример 10.5. Рассчитать подъем ленточного фун- дамента под внутреннюю несущую стену здания при экранировании поверхности набухающего грунта. Здание имеет размер в плане 12X24 м. Ширина по- дошвы ленточного фундамента 1,5 м, давление по подошве 0,15 МПа, глубина заложения d=l,5 м. Ос- нованием служат хвалынские набухающие глины, за- легающие слоем толщиной 4 м и подстилаемые пыле- ватыми песками. Покровные отложения представлены суглинками плотностью 1,6 г/см3. Плотность хвалын- ских набухающих глин 1,8 г/см3, плотность частиц 2,77 г/см3, а коэффициент пористости 0,83. Уровень подземных вод находится на глубине 2=10 м от по- дошвы ленточного фундамента. За счет экранирова- ния поверхности увеличение влажности грунта воз- можно в пределах всего здания, и поэтому отноше- ние LwfBw =24/12=2, а значение коэффициента kg в пределах зоны увеличения влажности (0<lz^4 м) в соответствии с табл. 10.9 равно нулю, так как при 2 = 4 м отношение (z+d)!Bw= (4+1,5)/12=0,5. Решение., Разбиваем основание ниже подощвы фундамента на слои толщиной 0,5 м и определяем суммарные давления, действующие в середине каж- дого слоя при набухании грунта за счет экранирова- ния поверхности. Для определения значений равновесной влажно- сти слоя wgq для заданных значений уровня грун- товых вод и суммарного давления необходимо рас- полагать зависимостью w =f(p). Для хвалынских глин эта зависимость по экспериментальным данным аппроксимируется в виде: 1g —-— = 6,54 J- 3,04 1g (0,4 — w) при 0,34 < w < 0,4; Pf 1g----- — 1,8 4-’ 16,81 (0,4-—- су) при ш << 0,34. Для удобства эти зависимости следует предста- Р; вить графически в координатах (1g-------; w) В табл. 10.11 приведены величины, используемые при определении hsw. Величину подъема ленточного фундамента определяем по формуле (10.63), в ко- торой значения ssw принимаются по формуле (10.65). Тогда для приведенных в табл. Ю.П значений w w°' найденных для восьми слоев грунта общей мощностью Я = 4 м, и при постоянны?-: значениях ко- эффициента пористости ео=О,83 и h. =0,50 м получим: hi kswi --------- 50 (0,103-0,69 4- 0,033-0,70 4- 0,024-0,72 -f- 1 4- 0,83 -f- 0,027-0,73 4- 0,006-0,74 4- 0,017-0,74 4- 0,0125-0,75 4- 4- 0,0105-0,75) = 9 см. ТАБЛИЦА 10.10. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ <?2 Средняя глубина рассматриваемого слоя 2, м 2 d l!g Gz , МПа V МПа а ,, МПа z-acl' ° г. tot' МПа ^sw 0,5 0,12 0 0,14 0,01 . 1,5 0,72 1,5 0,21 0 0,036 0,03 0,66 0,82 2,5 0,29 0 0,014 0,05 — 0,64 0,8 3,5 0,37 0 0,007 0,07 0,77 0,79 4,5 0,46 0 0,005 0,09 д—— 0,95 0,78 5,5 0,54 0,04 0,003 0,11 0,005 1,18 0,75 6,5 0,63 0,13 0,001 0,13 0,02 1,51 0,72 7,5 0,71 0,21 ——- 0,15 0,036 1,86 0,69 8,5 0,79 0,29 0,17 0,055 2,25 0,66 9,5 0,88 0,38 1—- 0,19 0,08 2,7 0,62
10.2. Проектирование оснований и фундаментов на набухающих грунтах 249 ТАБЛИЦА 10.11. ВЕЛИЧИНЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ /isay Средняя глубина рассмат- риваемого СЛОЯ 2, м °г.ё' МПа °z.P’ МПа МПа 2 °z.tot 2 + + V Pi eq Л w ^sw V 0,25 0,0285 0,1241 0,1526 1102 2102 2077 3,32 0,309 0,206 0,103 0,6 0,75 0,0375 0,1031 0,1406 1015 2015 1940 3,29 0,311 0,278 0,033 0,79 1,25 0,0465 0,0781 0,1246 900 1900 1775 3,25 0,314 0,29 0,024 0,72 1,75 0,0555 0,0624 0,1179 851 1851 1676 3,22 0,315 0,288 0,027 0,73 2,25 0,0645 0,05 0,1145 827 1827 1602 3,21 0,316 0,31 0,006 0,74 2,75 0,0735 0,0416 0,1151 831 1831 1556 3,19 0,317 0,3 0,017 0,74 3,25 0,0825 0,0362 0,1187 857 1857 1532 3,18 0,3175 0,305 0,0125 0,75 3,75 0,0915 ' 0,0312 0,1227 886 1886 1511 3,18 0,3175 0,307 0,0105 0,75 Пример 10.6. Рассчитать подъем поверхности при сезонных изменениях влажности набухающего грун- та. Амплитуда сезонных перемещений поверхности набухающего грунта вследствие сезонного изменения его влажности с до может определяться по формуле (10.63), в которой относительное набу- хание принимается по формуле 8ЗЮ = 2Д^/(1 + ео)’ где Дш , — средние значения изменения влажности, вычисляемые по Дгд = еУдвух соседних j I с а «л» /11 z • & слоев. Средние значения изменения влажности до глу- бины /7=3 м от периода максимального увлажнения wrv,nv Д° периода подсыхания приведены для I1Ь 1Ь «Az 11 bj, [L шести слоев грунта в табл. 10.12. ТАБЛИЦА 10.12. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ i\wg Средняя глубина p ассматри- ваемого СЛОЯ 2, м wmax w min Л w A w$ 0,25 0,75 1,25 1,75 2,25 2,75 0,245 0,302 0,236 0,21 0,261 0,272 0,204 0,211 0,225 0,201 0,282 0,273 +0,141 +0,091 +0,011 —0,021 —0,001 +0,116 +0,051 +0,0055 —0,0105 —0,011 Решение. Поскольку + <0,05 МПа, то k w = =0,8 для всех слоев. Толщина слоев h .«0,5 м. Ко- эффициент пористости е0=0,83. Тогда —— 0,8-50 (0,116 4- 0.051 4- 0,055 — 0,0105 — 1,83 — 0,011) = 3,4 см. Усадка основания в результате высыхания набухшего грунта определяется по формуле п $sh — У। Ss/i hi ksfi, (10.69) 1=1 где 8 —относительная линейная усадка t-го слоя при действии давления, равного сумме природного и дополнительного давлений от фундамента в середине рассматриваемого слоя при изменении влажности грунта в слое от наибольшего возможного значения до наименьшего; И - —толщина рассматриваемого слоя; k —коэффициент, принимаемый равным 1,3; п — число слоев, на которые разделена зона усадки грунта. Нижняя граница зоны усадки HSh опреде- ляется экспериментальным путем, а при отсут- ствии опытных данных принимается равной 5 м. При высыхании грунта в результате теп- лового воздействия технологических устано- вок нижняя граница зоны усадки HSh опреде- ляется опытным путем или соответствующим расчетом. Допускается принимать ss/i, определяемое без нагрузки, при этом kSh — 1, 2. Пример 10.7. Рассчитать осадку фундамента за счет усадки грунта под действием климатических факторов. Фундамент имеет размер 1X1 м и глубину заложения 2 м. Давление по подошве фундамента р=0,2 МПа. Основанием служат глины, залегающие слоем толщиной 8 м от поверхности. Плотность грун- та равна 2 т/м3. Нижняя граница зоны усадки рас- положена на глубине 5 м. Решение. Разбиваем массив грунта ниже подош- вы фундамента на три слоя толщиной 1 м. В середи- не первого слоя давление от фундамента о2 = ра = =2-0,07=0,14 МПа. Давление от собственного веса грунта составляет 0,01 МПа. Общее давление в середине первого слоя равно 0,15 МПа, во втором слое — 0,066 МПа, а в третьем — 0,064 МПа. Относительная усадка при этих давлениях соответственно 0,04; 0,02; 0,015. Тогда ssh =100-1,3(0,04+0,02 + 0,015) =9,8 см. Если определенная расчетом деформация основания окажется больше допустимой для проектируемых зданий и сооружений, то дол- жны предусматриваться мероприятия: уменьшающие возможную величину де- формаций основания; водозащитные, предохраняющие грунты основания от замачивания или ограничиваю- щие степень замачивания; конструктивные, приспосабливающие зда- ния или сооружения к восприятию деформа- ций. Предельные максимальные и средние подъемы фундаментов, вызываемые набуха- нием грунта, принимаются равными 0,25 пре- дельных максимальных и средних осадок для данного сооружения. Расчет оснований на на- бухающих грунтах по деформациям при усад- ке производится исходя из условия S + (10.70) где s — совместная деформация основания и соору- жения, определяемая расчетом как для обычных на- бухающих грунтов в соответствии с их деформацион- ными характеристиками, полученными при природной влажности; s— деформация основания, вызванная усадкой грунта; s — предельно допустимая совмест- ная деформация основания и сооружения.
250 Глава 10. Проектирование оснований на структурно-неустойчивых грунтах К мероприятиям, направленным на сни- жение или полное исключение возможных де- формаций, вызываемых набуханием (усадкой) грунта, относится: устранение свойств набухания грунта ос- нования в пределах всей или части толщи пу- тем предварительного замачивания; применение компенсирующих песчаных по- душек; полная или частичная замена слоя набу- хающего грунта другим не набухающим грун- том; прорезка фундаментами (полная или час- тичная) слоя набухающего грунта. .."При предварительном замачивании сква- жины располагают в шахматном порядке, а их глубину принимают на 0,5 м меньше расчет- ной глубины замачивания. Поверхностные мар- ки устанавливают в плане на расстоянии 5 м одна от другой и нивелируют в процессе за- мачивания через 7—10 дней. После замачива- ния верхний слой грунта снимают и устраива- ют грунтовую подушку толщиной 0,3—1 м. Расчет оснований из набухающих грунтов про- изводится в этом случае по характеристикам замоченного грунта. ТАБЛИЦА 10.13. РАЗМЕРЫ ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКИ Ширина фундамента 5, м Ширина подушки ьр, м Высота подушки S- м 0,5с'Х-0,7 2,4 Ь 1,2 b 0,7<£)С1 . 2 Ь 1,15 Ъ 1<6<1,5 1,8 Ь 1,1 Ь Компенсирующие подушки (табл. 10.13) устраивают на кровле или в пределах слоя набухающего грунта (рис. 10.10) только при ленточных фундаментах шириной не более 1,5 м, давление по подошве которых составляет не менее 0,1 МПа. Подушки устраивают из лю- бых, кроме пылеватых, песков плотностью в сухом состоянии не менее 1,55 т/м3. При небольших вертикальных нагрузках целесообразно применять фундаменты на есте- ственном основании с анкерами, заглубленны- ми в набухающие грунты или полностью их прорезающими. Свайные фундаменты применя- ются из забивных или набивных свай. Наибо- лее рациональным является устройство свай с уширением в пределах слоя набухающих грунтов. Высота подъема забивных свай при забивке их в лидирующие скважины, набив- Рис. 10.10. Компенсирующая песчаная подушка 1 — набухающий грунт; 2 — подушка; 3 — уплотнен- ное ядро; 4 — фундамент; 5 — обратная засыпка ных свай и свай-оболочек определяется по фор- муле „ = (A»- й + 'С- о.ооомк (10.71) где h' — подъем поверхности набухающего грунта, м; li — подъем слоев грунта на уровне заложения sw нижнего конца сваи (при прорезке набухающего слоя гпунта h ~0)» м; £2 и со коэффициенты, sw первый из которых зависит от показателя а, прини- маемого равным 0,31 м для сарматских глин, 0,36 м"”1 для аральских и 0,42 м для хвалынских (табл. 10.14); и — периметр сваи, м; /V — расчетная нагрузка на сваю, определенная с учетом коэффици- ента перегрузки у=1 кН. ТАБЛИЦА 10.14. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ Q И и Глубина погруже- ния свай, м Й, м—3, при а, м 1 Коэффи- циент (0, м2 3 4/кН 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 3 0,72 0,62 0,53 0,46 0,4 —- 4 0,64 0,53 0,44 0,36 0,31 15 5 0,59 0,46 0,36 0,29 0,24 П 6 0,53 0,4 0,31 0,24 0,19 7 7 0,48 0,35 0,26 0,2 0,15 5 8 0,44 0,ЗГ 0,22 0,17 0,13 4 9 0,4 0,27 0,19 0,14 0,11 3 10 0,37 0,24 0,17 0,12 0,09 2,5 11 0,34 0,21 0,15 0,1 0,08 2 12 0,31 0,19 0.13 0,09 0,07 1,5 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абелев Ю. М,, Абелев М. Ю. Основы проекти- рования и строительства на просадочных грунтах. — М.: Стройиздат, 1979. — 272 с. 2. ГОСТ 24143-80. Грунты. Методы лабораторного определения характеристики набухания и усадки.— М.: Изд. стандартов, 1930. 3. Крутов В. И. Основания и фундаменты на про- садочных грунтах. — Киев: Буд1вельник, 1982. — 224 с. 4. Руководство по проектированию оснований зда- ний и сооружений. — М.; Стройиздат, 1977.—375 с. 5. Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов.—М.: Стройиздат, 1977. — 240 с. 6. Сорочан Е. А. Строительство сооружений на набухающих грунтах.—М.: Стройиздат, 1974. — 225 с. 7. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83. — М.: Строп- пздат, 1984. 8. Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты. СНиП 3.02.01-83.—М.: Стройиздат, 1933.
Глава. 1L ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ НА СИ ЛЬНОСЖИМАЕМЫХ И НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ 11.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИИ НА СИЛЬНОСЖИМАЕМЫХ ГРУНТАХ 11.1.1. Общие положения К сильносжимаемым грунтам относятся водонасыщенные супеси (е>0,7), суглинки глины (е>1,1), илы (морские и прес- но-водные), ленточные глины (тонкослоистые), водонасыщенные лёссовые грунты, заторфован- ные грунты, торфы (открытые и погребенные), сапропеля (органические илы), рыхлые пески, водонасыщенные пылеватые намывные грун- ты. Характерными признаками большинства этих грунтов являются: высокая степень влаж- ности Sr>0,80 и большая сжимаемость £с5 МПа в интервале давлений, свойственных для фундаментов гражданских и промышленных зданий и сооружений. Кроме того, для них характерны медленное протекание осадок во ТАБЛИЦА 11.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАТОРФОВАННЫХ ГРУНТОВ ПО ОТНОСИТЕЛЬНОМУ СОДЕРЖАНИЮ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА Грунты Относительнре содержа- ние органического веще- ства 1 от Слабозаторфованный Среднезаторфованный Сильнозаторфованный ОД </ от S0,25 0,25<7 от * £0,4 0,4 <1 от £0,5 времени, изменчивость и анизотропия прочно- стных, деформационных, фильтрационных и реологических характеристик. Большинство пе- речисленных сильносжимаемых грунтов обла- дает значительной тиксотропностью, вызываю- щей временное разжижение их в период дина- мического воздействия. Заторфованные песчаные и глинистые грунты подразделяются по относительному содержанию органического вещества (степени заторфованности) 1от (табл. 11.1), а торфы — по степеням разло- жения DPd (табл. 11.2) и зольности £)с (табл. 11.3). При содержании органического вещества более 50 % грунты относятся к торфам. ТАБЛИЦА 11.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФОВ ПО СТЕПЕНИ РАЗЛОЖЕНИЯ Торфы Степень разложения, % Слаборазложившиеся . . Среднеразложившиеся . . 20<-°рйД45 Сильноразложившиеся . . ^ri>45 ТАБЛИЦА 11.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРФОВ ПО СТЕПЕНИ ЗОЛЬНОСТИ Торфы Степень зольности, % Нормальнозольные . . . Dc <20 Высокозольные . .... Dc>20 ТАБЛИЦА И.4. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ИЛОВ Ил Коэффициент пористости е Модуль деформации Е, МПа Супесчаный 0,8 1,2 0.50 0,35 Суглинистый 0,9 1,6 0,19 0,12 Глинистый , 1,2 2,0 0,16 0,08 ТАБЛИЦА 11.5. ХАРАКТЕРИСТИКА ТОНКОСЛОИСТЫХ ЛЕНТОЧНЫХ ГЛИН Численное Параметр значение Плотность частиц грунта pg, г/см3 2,5—2,6 Плотность грунта в сухом со- стоянии г/см3 . . ... . . 1,7—1,8 Влажность w 0,4—0,5 Коэффициент пористости в . . 1,0—1,5 Угол внутреннего трения ф, град 16—18 Удельное сцепление с, МПа . 0,01—0,03 Модуль деформации Е, МН а . 5—13 Для предварительных расчетов и оценки возможности использования сильносжимаемого грунта в качестве основания используются ха- рактеристики, приведенные в табл. 11.4—11.9. 11.1.2. Проектирование предпостроечного уплотнения оснований, с л о же н ных в о дон асы щен ними сильносжимаемыми грунтами В большинстве случаев такие грунты не могут использоваться в качестве основания без предварительного повышения их прочно- стных и деформационных свойств. Эффектив- ным мероприятием является уплотнение их фильтрующей пригрузкой с применением в ря- де случаев вертикальных песчаных или завод- ских дрен (бумажных, комбинированных и т. п.) (рис. 11.1). Предпостроечное уплотне- ние оснований особенно рационально при воз» ведении сооружений, имеющих развитую пло-
252 Глава 11, Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах ТАБЛИЦА 11.0. ПРОЧНОСТНЫЕ И ДЕФОРМАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГЛИНИСТЫХ С ПРИМЕСЬЮ ' РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ И ЗАТОРФОBAННЫХ ГРУНТОВ Показатель текучести /д Характеристика грунтов Нормативы ые значения характеристик грунтов с Iom 0,05—0,1 0,1—0,25 при коэффициенте пористости е 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 «СО, 25 Е, МПа ср, град с, МПа 135 21 0,029 12 21 0,033 11 20 0,037 10 16 0,045 8,5 15 0,048 8 7 5,5 0,25<7д<0,5 Е, МПа ф. град с, МПа 11 21 0,021 10 21 0,022 8,5 20 0,024 7,5 17 0,031 7 17 0,033 6 16 0,036 5,5 15 0,039 5 13 0,042 0,5</д-«0,75 Е, МПа ф, град с, МПа 8,5 21 0,018 7 21 0,019 6,5 21 0,019 5,5 18 0,021 5 18 0,023 5 17 0,024 4,5 16 0,026 4 15 0,028 . 0,75<7д<1 Е, МПа ф, град с, МПа 6 5 4,5 4,2 18 0,015 3 18 0,016 3 18 0,017 3 17 0,018 ТАБЛИЦА 11.7. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК САПРОПЕЛЕЙ (ПО ДАННЫМ И. Е. ЕВГЕНЬЕВА, В. Е. СЕСЬКОВА, В. И. ЯРОМКО) Грунты Вид сапр опе- лей Разновидность Содержание веществ, % 1 Влажность w 1 Плотность частиц грунта pg, г/см3 Коэффициент । пористости е Модуль деформа- ции Е, МПа (при р=0,05, МПа) Сопротивление вращательному срезу Т, кПа (при у=0) органи- ческих т ЯО7П 1 карбонат- ных СаСОа Неуплотненные в природном залегании (озерные под слоем воды) Минеральные Среднемине- ральные Слабомине- ральные Известковис- тые Кремне- земистые Извест- ковистые Кремне- земистые Детритовые 10—30 10—30 30—50 30—50 >50 >30 <30 >30 <30 <30 2—4,5 1,5—3 4,5—6 3—6 6—20 2,3—2,0 2,5.—2 2,0—1,8 2,0—1,8 1,8-1,4 5—9 9—12 9—12 9—12 12—25 0,5—0,25 0,6—0,3 0,25—0,1 0,3-0,15 0,1—0,03 6—4 5—4 3—2 4—3 3 ' То же (болотные под слоем торфа) Минеральные Среднемине- ральные Слабомине- ральные Известковис- тые Кремнезе- мистые Известко- вистые Кремне- земистые Торфосап- ропели Детритовые 10—30 10—30 30—50 30—50 >80 50—80 >30 <30 >30 <30 <10 <30 1,5—3 1,2—3,7 3—6 3,7—6 9—12 6—9 2,3—2,0 2,5—2,3 2—1,8 2,3—1,8 1,6—1,4 1,8—1,6 4—9 9—12 9—12 8—12 16—20 12—16 0,6—0,4 0,8-0,5 0,4—0,25 0,5—0,3 0,25—0,1 0,25—0,1 18—12 13—10 12—8 13—7 13—12 13—20 Уплотненные в природном залегании (озерно-болот- ные под слоем минеральных ианосов) Минеральные Средне- минеральные Слабомн- неральные Извест- ковистые Кремнезе- мистые Извест- ковистые Кремнезе- мистые Детритовые 10—30 10—30 30—50 30—50 >50 30 30 >30 <30 <30 0,8—1,82 0,5—1,5 1,8—2,5 1,5—2 1,5—3 2,3—2 2,5—2 2—1,8 1,5—1,8 1,8—1,4 1,7—3,7 1,4—3 3,7—5 3—4 4—6 1,2—0,7 2—1 0,7—0,4 1—0,4 0,5—0,3 25—15 30—20 20—10 20-10 20—0 щадь опирания на грунт (резервуары, соору- жения на сплошной плите и т. п.), может быть рекомендовано в случаях, когда толщина сло- ев водонасыщенных сильносжимаемых грунтов превышает 3 м. Длина дрен в этом случае устанавливается на основе данных инженерно- геологических изысканий. Предпостроечное уп- лотнение грунтов с использованием вертикаль- ных дрен может быть использовано при инже- нерной подготовке территории с целью обес-
11.1. Проектирование оснований на силъносжимаемых грунтах 253 ТАБЛИЦА 11.8. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОТКРЫТЫХ ТОРФОВ Характеристика торфов Нормативные значения физико-механических характеристик открытого торфа верхового низинного при степени разложения D , % 5—20 20—30 30—40 40 5—25 25-40 40 Влажность при полной влагоемкости W - . sat Плотность частиц грунта ps , г/см3 Модуль деформации при полной вла- гоемкости Ео, МПа Коэффициент бокового давления g Коэффициент консолидации с , м2/год 14,5 1,62 0,11 0,12 10 12,5 1,56 0,15 0,19 5 11,8 1,49 0,23 0,28 2 10,0 1,40 0,25 0,35 1,0 11,5 1,58 0,15 0,22 5,0 7,5 1,51 0,24 0,43 2,0 5,8 1,50 0,31 0,50 1.0 ТАБЛИЦА 11.9. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОГРЕБЕННЫХ ТОРФОВ Храктеристика торфов Нормативные значе- ния физико-механи- ческих характеристик погребенных торфов при степени его раз- ложения D , % 20—30 31—40 41—60 Природная влажность w 3 2,2 1,7 Плотность грунта р, г/см3 . Плотность частиц грунта 1 1,05 1,2 ps , г/см3 ,1,50 1,6 1,8 Коэффициент пористости е 5,5 4 3 Модуль деформации Е, МПа Угол внутреннего трения ср, 1,1 2 3 град Удельное сцепление с, МПа 22 12 10 0,02 0,025 0,03 Коэффициент бокового дав- ления £ ........ 0,24 0,28 0,32 печения надежной эксплуатации инженерных коммуникаций и дорожных покрытий, а также для уменьшения воздействия сил отрицатель- ного трения на свайные фундаменты и другие заглубленные в грунт сооружения. Кроме общепринятых исследований грун- тов должны быть дополнительно проведены испытания по определению следующих физико- механических свойств каждого практически Рис. 11.1. Уплотнение сильносжимаемого грунта фильтрующей пригрузкой и вертикальными дренами 1 — фильтрующая пригрузка; 2 — си льносжимаемый грунт; 3 — водоупор; 4—фильтрующий слой однородного слоя грунта: модуля деформации сильносжимаемого грунта при отсутствии бо- кового расширения Ео; коэффициентов пори- стости грунта при полной влагоемкости et и минимальной влажности е2; коэффициенты консолидации cv и сд при фильтрации поро- вой воды в вертикальном и горизонтальном направлениях. В целях уточнения границ расположения слоев сильносжимаемого грунта рекоменду- ется применять статическое зондирование. Для уточнения изменений сопротивлений грунта сдвигу до и после уплотнения целесообразно использовать лопастный прибор. Проектирование предпостроечного уплот- нения производится на стадии технического проекта по данным первичных инженерно-ге- ологических изысканий. Целесообразность предпостроечного уплотнения устанавливается на основе вариантного проектирования. В про- екте предпостроечного уплотнения грунтов ос- нования должны быть указаны: временная нагрузка на основание, превышающая на 10 % среднее давление под подошвой фундамента возводимого сооружения (с целью ускорения сроков консолидации временная нагрузка мо- жет значительно превышать эксплуатацион- ную) ; форма и размеры временной пригрузоч- ной насыпи с обеспечением устойчивости ее
254 Глава 11. Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах откосов на сильносжимаемых грунтах в неста- билнзированном состоянии; план расположения вертикальных дрен, их сечение и шаг, места установки глубинных марок (шаг и сечение дрен устанавливаются расчетом из условия 90 %-ной консолидации основания); литологи- ческие разрезы по уплотняемому основанию с нанесенными на них дренами и глубинными марками; расчетная конечная осадка основа- ния от временной пригрузки и величина упру- гого подъема основания после ее снятия (оп- ределяется по ветви разгрузки компрессионной кривой); схема производства работ по устрой- ству временной пригрузки, погружению дрен и снятию пригрузки. В плане дрены располагаются в верши- нах квадратов или равносторонних треуголь- ников. Шаг песчаных дрен 1,5—3 м, заводских дрен 0,8—-1,4 м. 11.1.3. Методы расчета осадок и сроков консолидации оснований А. НЕДРЕНИРОВАННОЕ ОСНОВАНИЕ Стабилизировавшаяся осадка слоя водо- насыщенного сильносжимаемого грунта, при- груженного фильтрующим слоем, определяется по формуле s=^_, щ.» давление на грунт от временной при- Н — толщина слоя сильносжимаемого где р—среднее грузки, МПа; грунта, м; Е — модуль деформации грунта естествен- ного сложения, МПа. Осадка st недренированного слоя сильно- сжимаемого грунта, пригруженного фильтру- ющей насыпью, в заданный момент времени вычисляется по выражению (11.2) где Qv — степень консолидации сильносжимаемого грунта, определяемая по графику Qv=f(TD) (рис. 1Г.2). Рис. 11.2. Зависимость степени консолидации грунта Q.v от фактора времени Т Фактор времени Тv определяется из фор- мулы Tv = cot/h\ (11.3) где — коэффициент консолидации грунта при вер- тикальном фильтрационном потоке, м2/год, опреде- ляемый по методу Тейлора; t — продолжительность приложения нагрузки р; h — длина пути фильтрации: при двустороннем дренаже равная половине толщи- ны сильносжимаемого слоя грунта (/г = Я/2); при од- ностороннем— толщине слоя этого грунта (/г = Я). В случае неоднородной толщи сильно сжи- маемого грунта в расчетах допускается ис- пользовать средневзвешенное значение коэффи- циентов консолидации. Время, необходимое для консолидации слоя сильносжимаемого грунта t до заданной степени консолидации Qv при загрузке его фильтрующим слоем, определяется по форму- ле (11.3). При этом считается, что загрузка фильтрующим слоем происходит мгновенно. Пример 11.1. Определить при заданной степени консолидации Q ц =0,8 время консолидации / одно- родного недренированного основания при односторон- ней фильтрации (сильносжимаемый грунт подстила- ется водоупором). Толщина сильносжимаемого слоя Я=2й = 6 м, cv = 4 м’/год. Решение. При (/^=0,8 согласно графику (см. рис. 11.2) Tv =0,57. Из формулы (11.3) следует; t = 0,57-62/4 = 5,13 года. Пример 11.2. Определить время консолидации не- дренированного основания при тех же условиях, что и в примере 11.1, но при наличии подстилающего дренирующего слоя. Решение. При подстилающем дренирующем слое длина пути фильтрации составит /г = 3 м, тогда t — 0,57-32/4 = 1,28 года. Пример 11.3. Определить осадку слоя заторфован- ного грунта толщиной H=h=4 м и степень его кон- солидации через 6 мес, при фильтрующей пригрузке р = 0,1 МПа. Заторфоваиный грунт подстилается во- доупором и имеет следующие характеристики: Е= =2 МПа; ср =3 м2/год. Решение. Полная стабилизация осадки по форму- ле (11.1) составит: 3-24-4-0,1 6,4 По формуле (11.3) получаем: Tv = Э.0,5/42 = 1,5/16 = 0,09. По рис. 11.2 Ту=0,09 соответствует степени кон- солидации Qy=0,35. Осадка через 6 мес составит: st ~ 5 = 0,35-19 = 6,7 см. Б. ДРЕНИРОВАННОЕ ОСНОВАНИЕ Для расчетов принимается круговая форма влияния дрены, диаметр которой определяет- ся по формулам: при расположении дрен по квадратной сетке 4= 1,13d; (11.4) при расположении дрен по треугольной сетке de= l,05d, (11.5) где d — расстояние между осями дрен (рис. 11.3). Принимается, что поверхность цилиндра диаметром de водонепроницаема, а материал дрены является идеально проницаемым. Для вертикальных дрен, полностью проре-
11.1. Проектирование оснований на сильно сжимаемых грунтах 255 Рис. 11.3 Размещение вертикальных дрен 1—водоупор; 2—дрена зающих слои водонасыщенного .сильносжимае- мого грунта, при наличии дренирующих слоев на концах дрен степень консолидации Qr-v определяется с учетом фильтрации воды в ра- диальном и вертикальном направлениях по формуле Q7.,„ = l-(l~-Qr)(l~QD), (11.6) где О — степень консолидации при фильтрации по- ровой воды в вертикальном направлении, определяе- мая по рис. 11,2; Qr — то же, в радиальном Степень консолидации Qr = 1 — exp (-—87'J.)/JF (v), (11.7) где Тг —фактор времени при фильтрации только в радиальном направлении; ^(v) — параметр, завися- щий от отношения диаметра зоны влияния дрены к ее диаметру. Величина Тт находится по уравнению Tr = crt/d2e, (11.8) где сг —коэффициент консолидации при фильтрации поровой воды в радиальном направлении, м2/год; t — период времени от начала приложения нагрузки, год; de —диаметр зоны влияния дрены, м. Значение F(y) определяется по формуле v2 3v2 — 1 F (v) = -------- In v —---—-----, (11.9) v2— 1 4v- где v=ri /d — отношение диаметра зоны влияния к е со диаметру дрены. ТАБЛИЦА 11.10. ФАКТОР ВРЕМЕНИ Тг ПРИ МГНОВЕННОМ НАГРУЖЕНИИ ОСНОВАНИЯ С ВЕРТИКАЛЬНЫМИ ДРЕНАМИ Q Тг при v 3 5 10 15 20 25 0 0 0 0 0 0 0 0,1 0,007 0,012 0,021 0,026 0,030 0,033 0,2 0,014 0,026 0,040 0,055 0,063 0,069 0,3 0,023 0,042 0,070 0,088 0,101 0,110 0,4 0,033 0,060 0,101 0,126 0,144 0,158 0,5 0,045 0,081 0,137 0,171 0,195 0,214 0,6 0,059 0,Ю7 0,181 0,226 0,258 0,283 0,7 0,077 0,141 0,238 0,297 0,339 0,372 0,8 0,103 0,188 0,318 0,397 0,454 0,498 0,9 0,148 0,270 0,454 0,567 0,469 0,712 0,95 0,192 0,351 0,591 0,738 0,844 0,927 0,99 0,296 0,539 0,909 1,135 1,298 1,424 При использовании дрен из искусственных материалов значение F(y) принимается рав- ным 0,025 м. Значения степени консолидации QT в за- висимости от факторов времени Тг для разных значений v могут быть определены по табл. 11.10. Пример 11.4. Определить время консолидации i основания при наличии вертикальных песчаных дрен диаметром d =0,4, отсутствии вертикальной фильт- рации и размере зон влияния dg=2 м, полагая с , , =10 м2/год и Q =0,9. Нагрузка приложена т\е) г мгновенно. Решение. Из табл. 11.10 при v=2/0,4=5 следует, что 7'г=0,27, тогда по формуле (11.8) = dg/cr(e) = 0,27-22/10 == 0,11 года. Пример 11.5. Определить период I для Qr v =0,9 при вертикальном и радиальном дренировании (v= = 5), полагая 1г =2,5 м; d =2 м; с =2 м2/год и е v(2n) с =5 м2/год. Нагрузка приложена мгновенно. / 1е) Решение. Расчет производим путем интерполя- ции. Задаваясь несколькими значениями t, получаем для них значения Т и Тг, с помощью которых по рис. 11.2 и интерполяцией по табл. 11.10 находим соответствующие значения Qp и Q;,, после чего под- считываем QT по формуле (11,6). (, год Tv Тг QV Qr Q -r.v 0,15 0,048 0,188 0,242 0,800 0,848 0,20 0,064 0,250 0,290 0,880 0,915 Интерполируя, находим: (д Л_______ Qr.vS ^г.и! — Ч + (Qr Qi-.ui)' = 0,15-1-----—-------(0,900 — 0,848) = 0,915 — 0,848 = 0,189 года и 2,3 мес. Проектирование фундаментов на предва- рительно уплотненном основании производит- ся на основе обычного комплекса изысканий, проводимых после предпостроечного уплотне- ния.
256 Глава 11. Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах 11.1.4. Особенности расчета оснований Расчет оснований, сложенных сильносжи- маемыми грунтами, по несущей способности выполняется в соответствии с методикой, из- ложенной в гл. 5. Несущая способность водо- насыщенных заторфованных оснований опре- деляется (кроме случаев, отмеченных в гл. 5), когда основание сложено: глинистыми сла- бозаторфованными грунтами со степенью раз- ложения £)yd<30 % и степенью текучести Л. >0,5; глинистыми среднезаторфованными грунтами с DPd>3Q % и /д>0,25; глинистыми сильнозаторфованными грунтами любой кон- систенции и песчаными средне- и сильнозатор- фованными грунтами с любой степенью разло- жения растительных остатков. Расчет оснований, сложенных водонасы- щенными сйльносжимаемыми грунтами, по де- формациям производится в соответствии с ме- тодикой, изложенной в гл. 5. При этом коэф- фициент условий работы грунтового основания ус при определении расчетного сопротивления Ro заторфованного основания принимается в табл. 11.11. ТАБЛИЦА 11.11. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ УСЛОВИЙ РАБОТЫ ОСНОВАНИЯ, СЛОЖЕННОГО ГРУНТАМИ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ Грунты Коэффициент условий работы грунтового основания Пески мелкие водонасыщенные при степени заторфованности: ' 0,03<7(?т ^0,25 0,85 °’25<7От>°>40 • • • • 0,80 Пески пылеватые водонасыщен- ные при степени заторфован- ности: 0,03</от^°,25 0,75 0,25</&т==50,40 0,70 Глинистые грунты водонасы- щенные при степени заторфо- ванности 0,05<7от ^0,25 с по- казателем текучести: I £.<0,5 1,05 7L>0,5 ......... 1,0 То же, при степени заторфован- ности 0,25</о?.и <:0,40 с пока- зателем текучести: 1 £,<0,5 ........ 0,90 /д>0,5 ......... 0,80 ТАБЛИЦА 11.12. ЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНОГО РАСЧЕТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ С ОРГАНИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ Грунты Но, МПа, при степени заторфованности грунта 0,03< 0,10< </от< 0,25 0,25< <WJ’40 Пески мелкие: маловлажные 0,25 0,16 0,09 очень влаж- ные, насыщен- ные водой 0,15 0,1 0,07 Пески пылева- тые: маловлажные 0,20 0,12 0,08 очень влаж- ные, насыщен- ные водой 0,08 0,06 0,04 Примечание. Значения условных расчетных сопротивлений относятся к грунтам со степенью раз- ложения растительных остатков D р^ еСЗО %. При Dpd >30 % значения принимаются с коэффициен- том 0,8. маемыми грунтами, производится на полное давление по подошве фундаментов. Если граница сжимаемой толщи располо- жена в слоях заторфованного грунта, погре- бенного торфа или иного органоминерального грунта, ее следует принимать на той глубине, где дополнительное к природному давление равно их структурной прочности, определяе- мой по начальному участку компрессионной кривой, а для илов — 3 кПа. Дополнительную осадку фундаментов на основаниях, сложенных водонасыщенными за- торфованными или органоминеральными грун- тами, за счет разложения органических вклю- чений допускается не учитывать, если в пери- од срока службы сооружения уровень грун- товых вод не будет понижаться. Для водонасыщенных сильносжимаемых грунтов, характерных длительным протекани- ем осадок во времени, расчет осадки произ- водится на основе теории фильтрационной консолидации. Для ориентировочных расчетов осадка во времени сооружений больших раз- меров в плане на водонасыщенных сильносжи- маемых грунтах определяется по методике, из- ложенной в гл. 7, Для предварительного назначения разме- ров фундаментов сооружений всех классов" на заторфованных песчаных грунтах и оконча- тельного для III класса условное расчетное сопротивление может быть принято по табл. 11.12. Расчет осадки фундаментов на основани- ях, сложенных водонасыщенными сильносжи- 11.1.5. Методика определения коэффициента консолидации Коэффициент консолидации св определя- ется компрессионными испытаниями с обра- боткой кривой консолидации по методу Д. Тейлора. Испытания проводятся на образцах ненарушенной структуры при двусторонней фильтрации. Деформации набухания при этом
11.1. Проектирование, оснований на сильносжимаемых грунтах -257 должны исключаться. Отношение высоты ис- пытываемых образцов к их диаметру должно быть не менее 1 : 3 при площади испытываемо- го образца 40 см3. Коэффициент консолида- ции следует определять при давлении, экви- валентном проектному, с предварительным уп- лотнением грунта нагрузкой, соответствующей природному уплотнению, или при давлениях 0,05—0,2 МПа с интервалом 0,05 МПа. Давле- ние на образец в опыте передается мгновенно. Запись вертикальных деформаций образца ве- дется по показаниям индикатора через 5, 15, 30 с, 1, 2Г 3, 5, 10, 30, 60 мин и далее через каждый час до 8 ч, а в последующем — 2 раза в сутки. По данным испытаний строится зависи- мость Al~f( ц/” 0, где AZ— вертикальная деформация грунта, мм, a t — продолжитель- ность консолидации, мин (рис. 11.4). Далее Рис. 11.4, кривая консолидации для определения ко- эффициента консолидации на ее начальном, близком к прямолинейному участке проводится касательная, пересекающая ось ординат в точке А. Из этой точки прово- дится вторая прямая, абсцисса которой со- ставляет 1,15 абсциссы первой прямой. Точка пересечения второй прямой с кривой консоли- дации В даст время /90, составляющее 90 % первичной консолидации. . . Коэффициент консолидации с», см2/год, определяется по формуле 0,848 (0,5Я)23-107 ^90-60 (11.10) где 0,848 — числовой коэффициент Тейлора для 90 %- ной первичной консолидации; Н — средняя высота образца в опыте: //=(^ + //2)/2, (11.11) где Нх и Н.2 — соответственно высота образца в на- чале и в конце опыта, см. 11.1.6. Конструктивные мероприятия При выборе конструктивной схемы здания и фундаментов на основании, сложенном силь- носжимаемыми грунтами, следует исходить из условия, что повышение пространственной же- сткости здания уменьшает неравномерность его осадок и перераспределяет усилия, возни- кающие в отдельных элементах здания. При проектировании фундаментов зданий • следует отдавать предпочтение монолитным или сбор- но-монолитным железобетонным конструкци- ям, выполняемым в виде сплошных плит- или перекрестных лент. Конструкции зданий с продольными несу- щими стенами из кирпича или из крупных панелей являются менее чувствительными к неравномерным осадкам, характерным для ос- нований с сильносжимаемыми грунтами, чем здания с несущими поперечными стенами или продольными наружными несущими стенами и внутренним каркасом. При значительных неравномерных осад- ках, вызывающих трещины в стенах здания, фундаменты и стены целесообразно усиливать непрерывными армированными швами или же- а) S) Рис. 11.5. Размещение железобетонных поясов (а) и армированных швов (о) в стенах здания лезобетонными поясами, способными воспри- нимать растягивающие усилия (рис. 11.5). Арматурныепояса (армированные швы) при необходимости ...устраиваются в уровне пе- рекрытий во всех несущих наружных и внут- ренних стенах, стенах лестничных клеток и поперечных диафрагмах. Число арматурных поясов и сечения арматуры, назначаются по расчету или на основании опыта строительст- ва. Наименьший диаметр арматуры 10 мм, на- именьшая площадь сечения в одном уровне 4 см2. В кирпичной кладке арматура уклады- вается в утолщенных швах кладки в уровне низа перекрытий. В крупнопанельных зданиях арматуру за- кладывают в верхней части панелей стен и кон- цы ее сваривают с целью обеспечения непре- рывности пояса и работы его на растяжение. В крупноблочных зданиях горизонтальная ар-
258 Глава 11. Проектирование оснований на сильносжиМаемых и насыпных грунтах ------—--—----------------—----------------------—-------------,-------' матура закладывается в ряды перемычек и сваривается в стыках. Монолитные железобетонные пояса, устра- иваемые на уровне фундаментной подушки, по или на уровне меж- Рис. 11.6. Размещение . железобетонных поя- сов в подвальной ча- сти зданий, устраи- ваемых на сильно- сжимаемых грунтах 1 — по верху фунда- мента; 2—на уровне цокольной части (рис. 11.6), следует дуэтажйых перекрытий проектировать непрерывными, высотой не ме!- нее 20 см, с двухрядным расположением арма- туры. Наименьший диаметр арматуры 10 мм, общая площадь 8—12 см2. Чувствительность конструкций зданий к неравномерным осадкам может быть сниже- на' с. помощью разрезки здания на отдельные отсеки ограниченной длины с введением оса- дочных швов до подошвы фундаментов. При . проектировании коммуникаций, под- водимых к зданию, следует предусматривать понижение отметок заложения сетей водопро- вода, теплофикации, газопровода, выпусков канализации и дренажа, а также выполнять гибкие вводы их в здание, чтобы после ста- билизации осадок вводы соответствовали по- нижению здания. - Слои сильносжимаемого грунта .можно прорезать способом «стена в грунте» в виде непрерывных подземных стен или прерывистых отдельно стоящих щелевых фундаментов. Ращ чет фундаментов и технология их возведения производится-в соответствии с «Временной ин- струкцией по проектированию стен сооруже- ний и противофильтрационных завес, устраива- емых способом «стена в грунте» (СН 477-75). Песчаные' подушки в сильносжимаемых грунтах следует устраивать при частичной или полной замене грунтов для уменьшения давле- ния от здания на кровлю сильносжимаемого грунта, . Подушки выполняются преимуществен- но из песков' средней крупности и крупных с удельным весом сухого грунта 'у<х== =46,5 кН/м3. 11.1.7. Особенности расчета и конструирования оснований и фундаментов стальных вертикальных резервуаров Расчет оснований резервуаров по несущей способности необходимо выполнять в случаях, предусмотренных п. 2 гл. СНиП 0.02.01-83 «Ос- нования зданий и сооружений». При этом рас- считываются общая устойчивость основания резервуара и местная устойчивость грунта под подошвой кольцевого фундамента. При назна- чении расчетных характеристик сопротивления грунтов сдвигу следует учитывать быстрое увеличение нагрузок на основание при запол- нении резервуаров. Расчеты основания необхо- димо выполнять на характеристики сопротив- ления грунтов сдвигу в состоянии незавер- шенной консолидации. Местная устойчивость грунта под подошвой кольцевого фундамента резервуара, а также прочность конструкции кольцевого фундамента рассчитываются на монтажные и эксплуатационные нагрузки. Расчет оснований и фундаментов резерву- аров по деформациям выполняется согласно гл. 5 Справочника. Расчетные деформативные характеристики . грунтов основания следует принимать с учетом циклического воздействия нагрузок. Предельно допустимая деформация осно- вания устанавливается технологическими и конструктивными требованиями проекта по следующим видам; абсолютная осадка любой точки края днища; разность осадок двух смеж- ных точек краев днища; разность осадок цент- ра краев днища; крен. Абсолютные осадки точек краев днища, отмеченные в период проведения гидравличес- ких испытаний резервуара, в расчет не прини- маются. Расчетная осадка основания р езервуара определяется как для круглого гибкого фун- дамента, загруженного равномерно распреде- ленной нагрузкой с интенсивностью, равной давлению столба жидкости, хранимой в резер- вуаре. Расчетная схема основания принимает- ся в виде линейно деформируемого полупрост- ранства. Для резервуаров с плавающей крышей, предназначенных для хранений жидкостей, принимается s3 = 0. Осадка центра днища- резервуара So оп- ределяется как осадка центра круглого фунда- мента, загруженного равномерно распределен- ной нагрузкой интенсивностью, равной весу столба жидкости. Аналогично определяется осадка любой точки днища резервуара. Площадки - строительства резервуаров
11.1. Проектирование оснований на сильносжимаемых грунтах 259 1 Рис. 11.7. Резервуар на подушив / — резервуар; 2 — гидроизоляционный слой; 3 — коль- цевой железобетонный фундамент, 4 — отмостка: 5 — песчаная подушка; 6 — грунтовая подушка; 7 — несущий грунт; 8 — торф можно классифицировать по характерным грунтовым условиям: 1) сверху на глубину до 4 м залегает торф либо сильно заторфованные грунты, да- лее залегают относительно прочные грунты; 2) в слое слабых грунтов толщиной до 10 м имеется прослойка торфа толщиной более 0,5 м; 3) слой слабых водонасыщенных грунтов имеет толщину до 10 м, далее залегают отно- сительно прочные грунты; 4) слой слабых водонасыщенных грунтов .залегает на большую глубину (свыше 10 м). В первом случае наиболее экономичным является замена торфа на подушку из послой- но уплотненного местного грунта (рис. 11.7). Резервуар устанавливается на уплотненную песчаную подушку, а под краями для сниже- ния концентрации напряжений устраивается кольцевой железобетонный фундамент. В целях защиты днища от коррозии под ним выполня- ется гидроизоляционный слой из смеси супес- чаного грунта с вяжущими веществами в со- отношении 10 : 1 по объему. Супесчаный грунт должен иметь влажность не более 3 % и сле- дующий гранулометрический состав: частицы крупностью 2—20 мм — не более 25%; ча- стицы крупностью 0,1—2 мм — от 60 до 85%; частицы крупностью менее 0,1 мм — от 15 до 40 %; глинистые частицы — не более 5 %. В качестве вяжущего вещества рекомендуется применять: жидкие битумы по ГОСТ 11955— 82 «Битумы нефтяные жидкие дорожные»; ка- менный деготь по ГОСТ 4641—80 «Дегти ка- менноугольные дорожные»; мазут по ГОСТ 10585—75 «Топливо нефтяное». В вяжущем ве- ществе не должно быть кислот и свободной серы. Во втором случае экономичным является применение свайных фундаментов (рис. 11.8). Тип, размеры и число свай принимаются по об- щепринятым принципам. Ростверк может вы- полняться в различных вариантах. По верху ростверка для создания технологического ук- лона днища резервуара устраивается набетон- П* • Рис, 11.8. Резервуар на свайном фундаменте / — резервуар; 2 — набетонка из тощего бетона; 3 — железобетонный ростверк, 4 — отмостка; 5 — песча- ная засыпка; 6 — железобетонные сваи; 7 — слабый слой грунта; 8 — торф; 9— несущий слой грунта Рис. 11.9. Резервуар на свайном фундаменте с. про- межуточной подушкой 1 — резервуар; 2 — гидроизоляционный слой; 3 коль- цевой железобетонный фундамент; 4—отмостка; 5 — железобетонные оголовки; 6 — забивные железобе- тонные сваи; 7 — песчаная подушка;: Д'—щебеночная подушка; 9 — слабый слой грунта; 10 — несущий слой грунТа - . Рис. 11.10. Резервуар на основании, уплотненно?! вертикальными дренами / — резервуар; 2 — гидроизоляционный слой; 3 — коль- цевой железобетонный фундамент; 4 — отмостка; 5 — песчаная подушка; 6 — песчаные дрены; 7—‘Слабый слой грунта; 8 — несущий слой грунта ка из тощего бетона. Верх бетонки обмазы- вается горячим битумом за два раза. Если площадка строительства сложена толщей слабых водонасыщенных грунтов мощ- ностью до 10 м и не имеет прослоек торфа, наиболее экономично применение свайного фундамента с промежуточной подушкой (рис. 11.9). Поверх оголовников устраивается ще- беночная подушка высотой не менее расстоя- ния между сваями. Далее устраивается теми*
260 - Г лава И. Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах ная подушка. Остальные конструкции выпол- няются, как и в первом случае. Когда площадка строительства резер- вуара сложена значительной толщей слабых грунтов и применение свайного фундамента является неэкономичным, следует выполнять уплотнение грунтов временной нагрузкой (на- сыпью) с устройством вертикальных дрен для уменьшения продолжительности консолидации грунтов (рис. 11.10). Далее работы выполня- ются так же, как и в первом случае. Окончательный выбор типа фундамента и метода упрочнения основания производится на основе материалов инженерно-геологичес- ких и гидрогеологических изысканий и техни- ко-экономического обоснования. 11.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ 11.2.1. Общие положения К насыпным грунтам относятся: грунты с нарушенной естественной структурой; отвалы отходов различных производств; свалки все- возможных материалов, напластования кото- рых образовались в результате засыпки овра- гов, котлованов, карьеров, местных понижений при планировке территорий грунтами, получен- ными при разработке котлованов, траншей, планировке территорий срезкой, вскрышных работах при открытой разработке полезных ископаемых и т. д., а также отходами различ- ных производств. В зависимости от способа укладки, однородности состава и сложения, вида исходного материала, степени самоуплот- нения от собственного веса насыпные грунты подразделяются на отдельные группы и виды согласно табл. 11.13 [7]. Насыпные грунты в материалах инженер- но-геологических изысканий, а также в проек- тах оснований и фундаментов именуются с до- полнительным указанием их видов в зависимо- сти от: однородности состава и сложения, спо- соба укладки, вида исходного материала, составляющего основную часть насыпи, и степени уплотнения их от собственного веса. При наличии крупных включений, имеющих контакты между собой, насыпные грунты име- нуются по виду этих включений с указанием материалов, заполняющих поры и пустоты. К планомерно возведенным относятся на- сыпи, сооружаемые по заранее разработанно- му проекту из однородных грунтов или отхо- дов производств (без содержания органичес- ких включений) путем отсыпки их в целях пла- нировки территорий и использования ее под застройку с уплотнением грунтов до заданной ТАБЛИЦА 11.13. КЛАССИФИКАЦИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ Подразделение насыпных грунтов По способу ук- ладки По однородности состава и сложе- ния По виду исходно- го материала, составляющего основную часть насыпи По степени уп- лотнения от соб- ственного веса Виды насыпных грунтов и их характеристика 1. Отсыпанные автомобильным или железнодорожным транс- портом, скреперами, бульдо- . зерами и т. п. I. Планомерно возведенные на- сыпи (обратные засыпки) и подсыпки (подушки), харак- теризующиеся практически однородным составом, сложе- нием и равномерной сжимае- мостью 2. Отвалы грунтови отходов производств, ’имеющие "прак- ' тически охГнородный" сложение, но неравндм'ервую ‘ плотность и сжимаемость 3. Свалки грунтов, отходов про- " хар актёрйзуЧощиеся неодно- родным' составом' и слож’ени- ’ ем, ’jffipaBHOMepHoff плотно- стью и сжимаемостью, д„так- же содержанием органиче- ских включений 1. Естественные грунты: круп- нообломочные, песчаные, гли- нистые 2. Отходы производств: шлаки, золы, формовочная земля, хвосты обогатительных фаб- рик и т. п. 3. Бытовые отходы 1. Слежавшиеся — процесс уп- лотнения от собственного ве- са закончился 2. Неслежавшиеся — процесс уп- лотнения от собственного ве- са продолжается по проекту плотности. Планомерно возведен- ные насыпи обычно сооружаются с соответст- вующей подготовкой поверхности для ее от- сыпки, включающей: полную или частичную планировку, срезку растительного заторфо- ванного слоя, уборку мусора, отходов органи- ческого происхождения и т. п. [3]. Отвалы грунтов и отходов производств представляют собой отсыпки различных видов грунтов, полученных при разработке котлова- нов, срезке площадей, при их планировке, про- ходке подземных выработок и т. п., или отхо- дов производств: шлаков, золы, формовочной земли, отходов обогащения полезных ископае- мых и т. п., содержащих органические включе- ния не более 0,05 по весу. Свалки грунтов, отходов производств и бытовых отходов представляют собой отсыпки, образовавшиеся в результате неорганизованно- го накопления различных материалов и обыч- но характеризующиеся повышенным (более 0,5) содержанием органических включений.
11.2. Проектирование оснований на насыпных грунтах 261 Ориентировочные периоды времени само- уплотнения насыпных грунтов от их собствен- ного веса, по истечении которых грунты могут быть отнесены к слежавшимся, принимаются по табл. 11.14. ТАБЛИЦА 11.14. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ПЕРИОДЫ ВРЕМЕНИ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ САМОУПЛОТНЕНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ Виды грунтов Период вре- мени, год Планомерно возведенные насыпи (при их недостаточном уплотнении): из песчаных грунтов . о . . 0,5—2 » глинистых » . о . 2—5 Отвалы грунтов и отходов произ- водств: из песчаных грунтов .... 2—5 » глинистых > .... 10—15 » шлаков, формовочной земли 2—5 » золы, колошниковой пыли . 5—10 Свалки грунтов и отходов произ- водств: из песчаных грунтов, шлаков 5—10 » глинистых грунтов .... 10—30 Основания, сложенные насыпными грун- тами, проектируются с учетом специфических особенностей этих грунтов, заключающихся в возможной значительной неоднородности по составу, толщине, неравномерной сжимаемости, самоуплотнении от собственного веса, особен- но при вибрациях от работающего оборудова- ния, городского и промышленного транспорта, при изменениях гидрогеологических условий, замачивании насыпных грунтов, разложении органических включений. Неравномерная сжимаемость оснований, сложенных насыпными грунтами, обычно вы- зывается: изменением состава насыпных грунтов в плане и по глубине; неравномерной плотностью насыпных грунтов; изменением влажности, в особенности для глинистых грунтов; различной толщиной слоя насыпных грунтов в основании; наличием в насыпных грунтах сильносжи- маемых слоев и прослойков; повышенным содержанием органических включений; залеганием ниже насыпных грунтов сильносжимаемых подстилающих грунтов и из- менением их толщины на застраиваемом участке; наличием, в насыпных грунтах крупных включений или пустот, соизмеримых с шириной фундаментов. Исходными данными по проектированию оснований и фундаментов на насыпных грун- тах являются материалы инженерно-геологи- ческих изысканий, содержащие данные по спо- собу отсыпки, составу, однородности сложе- ния, давности отсыпки, виду, толщине слоя насыпных грунтов, их физико-механических характеристик, в том числе изменчивость сжи- маемости, содержание органических включе- ний. 11.2.2. Расчет оснований . . на насыпных грунтах . , . - Основания и фундаменты зданий и соору- жений на насыпных грунтах рассчитываются по деформациям исходя из того, чтобы пол* ная осадка фундамента на насыпном грунте не превышала предельно допустимой для про- ектируемого здания или сооружения. При этом полная осадка Sf фундамента подсчитывается как сумма осадок, вызванных его нагрузкой и дополнительными факторами: sf ~ 5 + sfi + sf2 + Яз “Ь SH > (11.12) где s — осадка фундамента от его нагрузки, опреде- ляемая по указаниям гл. 5; s —дополнительная осадка основания от самоуплотнения насыпных, грун- тов от собственного веса; Sy-9 — то же, вследствие за- мачивания, снижения уровня подземных вод; 5^ ~ то же, при разложении органических включе- ний: —то же, за счет уплотнения подстилающих грунтов от веса насыпи. Дополнительные осадки Sflt Sf2 прибли- женно допускается определять по формуле sfi,12 = Фсг,с2 f®zS h/E, (11.13) где с2 —коэффициенты уплотняемости насыпного грунта, принимаемые по табл. 11.15; р=0,8 — безраз- мерный коэффициент; О zg — среднее вертикальное напряжение в насыпном грунте от его собственного веса: о= 0,5yh (у — среднее значение удельного веса насыпного грунта в водонасыщенном состоя- нии); h — толщина слоя насыпного грунта под фун- даментом; Е — среднее значение модуля деформации насыпного грунта. ТАБЛИЦА 11.15. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ус1 И у с2 Насыпные грунты Vci ?с2 Пески, шлаки и т. п.: неслежавшиеся слежавшиеся 0,4 1 0,0 J 0,15' Пылеватые пески, глинистые грунты, золы и т. п.: неслежавшиеся 0,6 1 0,2 слежавшиеся . ..... 0,0 1 Дополнительная осадка s/3 при содержа- нии в насыпных грунтах органических включе- ний от 0,03 до 0,1 вычисляется по формуле % = h!ys, (11.14) где 1] — коэффициент, учитывающий условия залега- ния органических включений в насыпных грунтах, приближенно принимаемый равным 0.75; ko — коэф- фициент, учитывающий возможность разложения ор- ганических включений и принимаемый: для водонасы- щенных насыпных грунтов /го = О,2, а для остальных
262 Глава И. Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах At>=0,5;. а — среднее содержание органических вклю- чений в . насыпных грунтах; -у j— удельный- вес грун- та в сухом состоянии; у„ — удельный вес частиц грунта; h — толщина лежащего ниже подошвы фун- дамента слоя насыпного грунта, содержащего орга- нические включения, подвергающиеся разложению. . Дополнительные осадки за счет уплотне- ния. подстилающих насыпь грунтов допускает- ся не учитывать, если давность отсыпки на- сыпных грунтов превышает 1 год для песчаных ; ' грунтов, 2 года для глинистых грунтов, зале- ' гающих выше уровня подземных вод, и 5 лет, 1 находящихся ниже уровня подземных вод. Расчетные сопротивления насыпных грун- тов, представляющих собой планомерно воз- веденные насыпи, а также отвалы грунтов и Отходов производств, определяются по фор- муле (5.29) с учетом степени самоуплотнения грунтов, неоднородности их состава и сложе- ния, принятых методов подготовки основании с использованием прочностных характеристик грунтов при . их полном водонасыщении. Пред- варительные' размеры фундаментов зданий и сооружений, возводимых на слежавшихся на- сыпных грунтах, назначаются исходя из усло- вий расчетных сопротивлений Ро (табл, 11.16). ТАБЛИЦА 11.16. УСЛОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ Йо. МПа Виды насыпных грунтов крупных» средних, мелких песков, шлаков и т.п. при S пылеватых песков, гли- нистых грун- тов, золы Я т.п. при Sr • + -< 0,& >0,8 <0,5 >0,8 Планомерно возве- денные с уплотнени- ем ца-сыпи . . . . 0,25 0.2 0,18 0,15 Отвалы грунтов и от- ходов производств: - после .уплотнения без уплотнения 0,25 0,18 0,2 0,15 0,18 0,12 0,15 0,1 Свалки грунтов и от- ходов производств: после уплотнения без уплотнения 0,15 0,12 0,12 0,1 0,12 0,1 0,1 0,08 Примечания: 1. Значения /?□ относятся к фундаментам с глубиной заложения 1ц—2 м. При глубине заложения фундаментов й<2 м значения Ra умножаются на коэффициент 2. Значения Ro приведены для свалок грунтов и отходов Производств с. содержанием органических включений-не более 0,01. 3. Для неслежавшихся отвалов и свалок грунтов и отходов- производств значения Ra умножаются на 0,8. 4. Значения Ro Для промежуточных значений S f допускается определять по интерполяции. Условными значениями Ро допускается пользоваться также и для назначения оконча- тельных размеров фундаментов зданий с на- грузкой на столбчатые фундаменты до 400 кН и ленточные до 80 кН/м. "С. ’ т , Наибольшие давления на насыпные грун- ты у края подошвы внецентренно загруженно- го фундамента не должны превышать для пла- номерно возведенных насыпей, песчаных и других подушек 1, 2 R, а для отвалов и свалок грунтов.и отходов производств — 1,1 R. При устройстве песчаных, гравийных и Других подушек, при уплотнении насыпных грунтов, а также при залегании в нижней ча- сти сжимаемой толщи грунтов с меньшими прочностными характеристиками расчетные сопротивления грунта основания уточняются из условия, чтобы полное давление от собст- венного веса лежащего выше грунта и нагруз- ки, передаваемой фундаментом на подстилаю- щие насыпные (неуплотненные) или естествен- ные грунты, не превышало расчетного сопро- тивления этих грунтов. Пример 11.6. Определить полную осадку фунда- мента под колонну промышленного здания, имеюще- го размеры подошвы 3x4,2 м; среднее давление на грунт р — 0,18 МПа и глубину заложения h—2 м. Зда- ние возводится на участке, сложенном состоящими из отвалов золы ТЭЦ грунтами, образованными гид- ронамывом, давность намыва составляет 2 года. Тол- щина слоя намытых грунтов в месте расположения фундаментов равняется 8,7 м. Намытые грунты под- стилаются мелкими пылеватыми песками. Среднее значение модуля деформации намытых грунтов по данным испытаний штампами на глубине 2 и 4 м равняется 8,5 МПа. Основные физико-механические характеристики намывных грунтов: у s=26,2 кН/м3; V^ = 14 кН/м3; у=17 кН/м3; ау=0,21; со=0,08. Решение. Определяем осадку фундамента от пе- редаваемых им нагрузок на основание в соответствии с требованиями гл. 5. Результаты промежуточных вычислений сводим в табл. 11.17. ТАБЛИЦА 11.17. ИЗМЕНЕНИЕ ПО ГЛУБИНЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ, МПа, ПО ОСИ ФУНДАМЕНТА г а Gzg . °zp 0 0 1 0,034 0,146 0,18 1 0,67 0,892 0,051 0,130 0,181 <) 1,34 0,618 0,068 0,090 0,158 3 2 0,414 0,085 0,060 0,145 4 2,67 0,282 0,102 0,041 0,143 5 3,30 0,173 0,126 0,025 0,151 6,7 4,40 0,122 0,148 0,018 0,166 толщи Нс=5,4 м. Осадка Глубина сжимаемой от нагрузки фундамента п 1=1 °2Pi hj Ei .. 0,138-100+0,118-100+0,075• 100+0,05,100+0,035• 100 UtQ—' ' .......... ' ..... ......г, ,.V,- „ ,„Ц| | 8,5 = 0,8 42,5 8,5 = 4 см. По формуле (11.13) и табл. 11.17 определяем до- полнительные осадки 5 и как для неслежав- шихся насыпных грунтов при огр—0,16 МПа: == 0,6-0,8-0,16-670/8,5 = 6,1 см; 3^2 = 0,2-0,8-0,16-670/8,5 = 2 см. Определяем дополнительную осадку s по фор- муле (11.14):
11.2. Проектирование оснований на насыпных грунтах ' 263 S/3= r)A!0aVdft/Vs = 0,75-0,5.0,08.14.670/26,2 = 10,8 см Полную осадку фундамента вычисляем По фор- муле (11.12) при sy4=0: ' 8/ = s + s/i + s/2 + s/3 + SH = = 4 + 6,1 +2+ 10,8 = 22,9 cm. 11.2.3. Проектирование оснований на насыпных грунтах Основания и фундаменты на насыпных грунтах проектируются с учетом: а) использования насыпных грунтов в ка- честве естественных оснований; б) использования насыпных грунтов в ка- честве оснований с применением методов под- готовки оснований по снижению сжимаемости насыпных грунтов как по абсолютной величи- не, так и по степени их неравномерности; в) прорезки насыпных грунтов свайными фундаментами. В качестве естественных оснований прак- тически любых зданий и сороужений могут быть использованы слежавшиеся насыпные грунты, представляющие собой планомерно возведенные насыпи, возведенные с доста- точным уплотнением, а также отвалы грунтов отвалах грунтов и отходов произ- содержащих различные включения, раз- не более диаметра трамбовки; свалках грунтов и отходов произ- содержащих органические включения глубинное уплотнение пробивкой, ' сква- жин; гидровиброуплотнение глубинными вибра- торами. . . • >. Поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками применяется при строительстве; на планомерно возведенных насыпях, от- сыпаемых с недостаточно высокой плотностью; на водств, мером на водств, не более 0,05; на участках, расположенных на расстоя ниях не менее 10 м от существующих зданий и сооружений; на грунтах со степенью влажности не более 0,7. _ Если ^необходимая глубина ^уплотнения прегышает Э—4 м, поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками комбинируется с уст- ройством подушки или выполняется в два слоя. Для этого котлован разрабатывают на 1—3 м глубже отметки заложения фундаментов и уп- лотняют насыпные грунты. По окончании уп- и отходов производств, состоящие из крупных> лотнения котлован засыпают местным грун- песков, гравелистых и щебеночных i гранулированных стойких шлаков. Кроме того, для легких зданий и сооружений с нагрузкой на фундаменты до 400 кН или до 80 кН/м Ч в качестве естественных оснований могут быть использованы практически все виды слежав- шихся планомерно возведенных насыпей, а также отвалов грунтов и устойчивые в отно- шении к разложению отходы производств, со- держащие органические включения не более 0,05. Свалки грунтов и отходов производств могут быть использованы в качестве естест- венных оснований только для временных зда- ний и сооружений со сроком службы до 15 лет. Подготовка оснований на насыпных грун- тах применяется в случаях, когда полученная расчетом полная осадка используемых в каче- стве естественного основания насыпных грун- тов окажется больше допустимой или несущая способность основания меньше требуемой для обеспечения нормальной эксплуатации проек- тируемых зданий и сооружений, методами подготовки оснований грунтах являются: поверхностное уплотнение трамбовками на глубину до 3—4 м; вытрамбовывание котлованов; устройство песчаных и других подушек; . поверхностное уплотнение вибрационными машинами и вибраторами; грунтов, том, содержащим не более 0,03 растительных 14 остатков и органических включений, до от>меТ- )Ч ки, на 0,2—0,6 м превышающей глубину за- ложения фундаментов. После этого произво- дится уплотнение второго слоя тяжелыми трамбовками. Общая толщина уплотненного слоя в этом случае может достигнуть 5—7 м. Основания из насыпных грунтов, уплот- ненных тяжелыми трамбовками, проектируют по рекомендациям, данным в п. 10.1 для про- садочных грунтов с I типом грунтовых усло- вий. При расчете полной осадки фундаментов в пределах уплотненного насыпного слоя учи- тывается только осадка от нагрузки фунда- ментов, а осадки s/i, s/2, s/3 и s/4- принима- ются равными нулю. Вытрамбовывание котлованов в насыпных грунтах производится при строительстве на слежавшихся планомерно возведенных насы-. пях, отвалах грунтов и отходов производств, а также на свалках грунтов, относящихся по своему составу к глинистым грунтам со сте- пенью влажности S,<0,7. Форма, размеры' в плане и глубина заложения фундаментов в вытрамбованных котлованах назначаются с учетом состава насыпного грунта, толщины его слоя, конструктивных особенностей зданий и сооружений. Для достижения максимальной глубины прорезки и уплотнения ‘ насыпных грунтов наиболее целесообразно принимать удлиненные фундаменты с глубиной вытрам- Основными на насыпных тяжелыми
264 Глава / /. Проектирование оснований на сильносжимаемых и насыпных грунтах. брвывания 2,5—4 м и уширенным основанием, устраиваемым путем втрамбовывания в дно котлована местного грунтового материала до отказа; ’ Проектирование вытрамбовываемых кот- лованов и расчет фундаментов в вытрамбо- ванных котлованах выполняется так же, как и на просадочных грунтах (см. п. 10,1). При этом в формуле (10.17) вместо psi принимает- ся расчетное сопротивление подстилающего слоя насыпного грунта илн грунта естествен- ного сложения. Песчаные, гравийные и другие подушки на насыпных грунта_х устраиваются при необ- ходимости замены сильно и неравномерно сжи- маемых грунтов вследствие их повышенной влажности (S, >0,75-е0,8), содержания орга- нических включений более 0,05—0,1, значи- тельной разнородности состава и т. п. Как правило, грунтовые подушки должны проекти- роваться из местных материалов, в том числе из отходов промышленных производств,' име- ющих достаточно однородный состав и обеспе- чивающих после уплотнения низкую и равно- мерную сжимаемость. При залегании ниже насыпного слоя просадочных, засоленных или набухающих грунтов грунтовые подушки дол- жны служить маловодопроницаемым экраном и возводиться, как правило, из глинистых грунтов оптимальной влажности. Плотность грунтов в подушках назнача- ется в зависимости от вида применяемых грунтов.и должна быть не менее 0,95 макси- мальной плотности, получаемой опытным уп- лотнением грунтов с оптимальной влажностью в полевых или лабораторных условиях. При отсутствии результатов опытного уплотнения допускается плотность грунта в сухом состо- янии принимать не менее: для подушек из од- нородных крупных и средних песков — 1,60 т/м3; неоднородных крупных и средних пес- ков — 1,65 т/м3; мелких песков — 1,60 т/м3; пылеватых песков — 1,65 т/м3; супесей и су- глинков — 1,65 т/м3. Модули деформации грунтов в подушках, а также расчетные сопротивления основания принимаются, как правило, по результатам непосредственных их испытаний на опытных участках, а также по данным опыта строи- тельства в аналогичных условиях. При отсут- ствии результатов непосредственных испыта- ний модули деформации грунтов в подушках в: водонасыщенном состоянии и расчетные со- противления допускается принимать по табл. 11.18. Приведенные в табл. 11.18 значения Е и /?о относятся к уплотненным грунтам в подуш- ках С коэффициентом уплотнения Асот;1 = 0,95. ТАБМЦА 11.18. МОДУЛИ ДЕФОРМАЦИИ И УСЛОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОДУШКИ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ГРУНТОВ Грунт Модуль де- формации Е, МПа Условное расчетное сопротивление Яо, МПа Гравелистый, щебе- ночный ..... Песок: крупный . . . средний . » . мелкий . . . пылеватый . . Супеси, суглинки Шлак . ..... При уплотнении Асот = 0,98 значени раза, а /?0 — в 1,2 рг 40 30 20 15 10 10 20 грунтов В П я Е увеличив, 1за. 0,4 0,3 0,25 0,2 0,15 0,2 0,25 одушках до 1ются в 1,5 Поверхностное уплотнение вибрационны- ми машинами и виброкатками применяется для уплотнения на глубину до 1,5—2 м насып- ных грунтов, представляющих собой недоста- точно уплотненные, планомерно возведенные насыпи и отвалы, состоящие из средних и мел- ких песков (в том числе располагающихся ни- же уровня подземных вод). При необходимо- сти уплотнения на большую глубину уплотне- ние вибрационными машинами выполняется в два слоя по аналогии с описанным выше уп- лотнением тяжелыми трамбовками. Проектиро- ? вание оснований на насыпных грунтах, уплот- ненных вибрационными машинами, выполня- ется так же, как и при уплотнении тяжелыми трамбовками или устройстве песчаных, гра- вийных и других грунтовых подушек. Глубинное уплотнение пробивкой скважин применяется на планомерно возведенных на- сыпях с недостаточным уплотнением, отвалах и свалках грунтов и отходов производств (от- носящихся по своему составу к глинистым грунтам) с содержанием органических включе- ний не более 0,05. В неслежавшихсЯ’ насыпных грунтах глубинное уплотнение пробивкой сква- жин выполняется, как правило, на всю их тол- щину, а в слежавшихся — в пределах 0,4— 0,8 размера активной зоны, в которой возмож- ные осадки как по абсолютной величине, так и по степени их неравномерности не превыша- ют предельно допустимых' величин. При содер- жании в насыпных грунтах включений, за- трудняющих пробивку скважин на проектную глубину, допускается до 40 % скважин прохо- дить на неполную глубину при условии полу- чения «отказа» в пробивке и при глубине их не менее 0,6 проектной. В целях снижения сжимаемости уплотненного грунта, а также увеличения расстояния между скважинами и тем самым снижения стоимости и трудоемко- сти работ для заполнения пробитых скважин
11.2. Проектирование оснований на. насыпных грунтах 265 рекомендуется использовать жесткий матери- ал типа гравия, крупного песка, стойкого шла- ка, щебня и т. п. В связи с образованием в верхней части разуплотненного, так называемого буферного слоя, глубинное уплотнение насыпных грунтов пробивкой скважин должно применяться в со- четании с доуплотнением грунта тяжелыми трамбовками на отметке заложения фунда- ментов. Проектирование оснований на насыпных грунтах, уплотняемых пробивкой скважин, вы- полняется так же, как и на просадочных грун- тах с I типом грунтовых условий (см. п. 10,1). За счет более интенсивного уплотнения насып- ного грунта в горизонтальном направлении при заполнении скважин жестким грунтовым материалом (гравием, крупным песком, щеб- нем и т. п.) расстояния между скважинами, полученные по формуле (10.50) или табл. 10.7, увеличиваются в 1,25 раза, а при запол- нении скважин глинистым грунтом или мелки- ми песками — в 1,1 раза. Гидровиброуплотнение глубинными вибра- торами применяется на планомерно возведен- ных насыпях, отвалах грунтов и отходов про- изводств, относящихся по составу к песчаным грунтам (в том числе залегающим ниже уров- ня подземных вод). Глубина уплотнения принимается обычно до 0,8 размера активной зоны с учетом требований расчета оснований, фундаментов и зданий по деформациям. Основания на грунтах, уплотненных глу- бинными вибраторами, проектируются так же, как и при глубинном уплотнении просадочных грунтов с I типом грунтовых условий. При этом полученные по формуле (10.50) или табл. 10.7 расстояния между точками погружения вибратора уменьшаются в 1,2 раза. Прорезка насыпных грунтов выполняется забивными или буронабивными сваями в сле- дующих случаях: если при использовании насыпных грунтов в качестве оснований (в том числе с примене- нием методов подготовки оснований) не обес- печиваются допустимые осадки фундаментов как по абсолютной величине, так и по степени их неравномерности; при отсутствии технической и практичес- кой возможности для уплотнения песчаных грунтов на необходимую глубину; при содержании в насыпных грунтах (свалках грунтов и отходов производств) большого количества (более 0,05—0,1) орга- нических включений; при высокой несущей способности подсти- лающих насыпь грунтов естественного сложе- ния; если в насыпных грунтах отсутствуют крупные прочные включения (козлы в шла- ках, металл, бетон, железобетон и т. п.) и обеспечивается возможность забивки свай пли проходка скважин под них до подстилающего несущего слоя; при более целесообразном (по сравнению с методами уплотнения насыпных грунтов) применении свайных фундаментов по техни- ко-экономическим показателям. . В насыпных грунтах обычно применяются забивные сваи, так как при их забивке обес- печиваются уплотнение грунта, проходка и разрушение мелких и относительно непроч- ных включений (отходы древесины, резины, кирпича и т. п.). Кроме того, при забивных сваях упрощается технология устройства фун- даментов в водонасыщенных и неустойчивых насыпных грунтах. Буронабивные сваи устра- ивают в тех случаях, когда погружение за- бивных свай невозможно (из-за наличия круп- ных включений) на проектную глубину, а для бурения скважин применяются методы, обес- печивающие проходку их вне зависимости от включений различных материалов. При проектировании свайных фундамен- тов в неслежавшихся насыпных грунтах или при устройстве дополнительных подсыпок толщиной более 2—3 м учитываются допол- нительные нагрузки от сил нагружающего тре- ния в пределах насыпного грунта и верхней части подстилающего грунта естественного сложения, где процесс уплотнения от веса насыпи не завершился и возможная осадка от веса насыпи превышает 3 см. Конструктивные мероприятия при проек- тировании на насыпных грунтах принимаются в тех случаях, когда при использовании на- сыпных грунтов в качестве естественного ос- нования или с подготовкой основания рас- смотренными выше методами уплотнения . не обеспечиваются допустимые осадки по их' аб- солютной величине или по степени неравно- мерности. Конструктивные мероприятия пред- назначаются для повышения прочности и об- шей пространственной жесткости зданий, при- способления их к неравномерным деформаци- ям грунтов в основании и тем самым для по- вышения допустимых осадок проектируемых зданий. В комплекс конструктивных мероприятий обычно входит: разрезка зданий и фундамен- тов осадочными швами; устройство в фунда- ментах и зданиях армированных поясов; по- вышение прочности стыковых соединений-меж- ду отдельными сборными элементами; увели- чение площадей опирания несущих элементов покрытий и перекрытий на стены и колонны' и
266 Глава 11. Проектирование оснований, на. сильносжимаемых и насыпных грунтах т. п. Назначаются конструктивные мероприя- фундаментов и зданий на возможные нерав- тия, как правило, по расчету конструкций номерные осадки грунтов в основании. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ,,, 1. Абелев- М. Б. Слабые водонасыщенные глини- стые грунты как основания сооружений. — М.: Строй- издат, 1973. — 286 с. 2. Коновалов П. А. Устройство фундаментов на зйтдрфбваннЫх грунтах.—М.: Стройиздат, 1980,— 161 с. . 3. Крутов В. И., Эйдук Р. П. Устройство обрат- ных засыпок котлованов. — М.: Стройиздат, 1981.— 79 с. 4, Рекомендации по инженерно-геологическим изысканиям й. проектированию оснований зданий и сооружений, возводимых на заторфованных террито- риях ярославского Поволжья. — Ярославль, 1979. — 35 с. ••• - 5, Рекомендации по предпэстроечному уплотне- нию слабых грунтов временной нагрузкой с примене- нием песчаных и бумажных дрен.'— Ярославль, 1978. — 77 с. 6. Руководство по проектированию оснований зда- ний и сооружений. — М.: Стройиздат, 1978.- 375 с. 7. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83. — М.: Строй- издат, 1984.
Глава 12. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ 12.1. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВАНИИ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ . 12.1.1. Деформации земной поверхности, вызываемые горными выработками, и их воздействие на конструкции зданий При выемке полезного ископаемого под- земным способом в образовавшуюся полость смещаются покрывающие его толщи пород, а на земной поверхности образуется чашеобраз- ная впадина, называемая мульдой сдвижения. Размер в плане и глубина мульды зависят от ряда факторов: толщины пласта т, его угла падения а, глубины разработки Н, размеров выработки вдоль и вкрест простирания пласта £>i и £>2, толщины наносов, физико-механичес- ких свойств пород и т. д. В зависимости от глубины разработки деформации земной по- верхности могут проявляться в виде провалов, возникающих при выемке угля на небольших глубинах, уступов и трещин, возникающих при выемке крутопадающих пластов (а>45°), а также в виде плавных оседаний. На рис. 12.1 изображены вертикальные разрезы по главным осям отдельной выработки б) Рис. 12.1. Вертикальные разрезы по главным осям мульды сдвижения а—вкрест простирания пласта; б—вдоль простира- ния пласта вкрест и вдоль простирания пласта при а = = 25°, а также кривые оседаний т], наклонов г, относительных горизонтальных деформаций 8, кривизны k и горизонтальных сдвижений д, вычисленные и построенные для условий До- нецкого бассейна [2] при т—1,2 м; //=220 м; Di = 120 м; D2 = 250 м. Границы мульды опре- деляются граничными углами сдвижения: р0, Уо и б0. Вектор сдвижения из любой точки А имеет направление в сторону центра вырабо- танного пространства, он разлагается на вер- тикальную составляющую Цл н горизонталь- ную £д. Максимальное обедание т|тах (при полной подработке т|0) определяется углами сдвижения ф и углом максимального оседания 0. Максимальное оседание при полном обру- шении кровли достигает 50—90 % толщины вы- нимаемого пласта, а горизонтальное сдвиже- ние •— 30 % максимального оседания. Все эпюры деформаций, кроме оседаний/ двузначные: по краям мульды в и k положи- тельные (растяжение грунта и кривизна вы- пуклости), а в-средней части отрицательные (сжатие и кривизна вогнутости). Знаки кри- вых i и £ свидетельствуют о разных направле- ниях наклонов точек мульды и их перемеще- ний. Относительные горизонтальные деформа- ции ±8, вследствие трения и сцепления, фунда- ментов с грунтом, вызывают в конструкциях растяжение и сжатие, изгиб и скашивание; кривизна мульды k — прогиб и выгиб конст- рукций здания; наклоны i — их крен. Дефор- мации земной поверхности, вызываемые гор- ными выработками, являются факторами на- грузки для несущих конструкций сооружений, а их воздействия на конструкции относятся к числу особых. 12.1.2. Принципы проектирования оснований и фундаментов на подрабатываемых территориях ' Подрабатываемые территории в зависимо- сти от интенсивности прогнозируемых макси- мальных деформаций земной поверхности по СНиП П-8-78 [3] подразделяются на чётыре группы (например, для III группы 8 = 34- 4-5 мм/м, R =124-7 км, 1 = 54-7 мм/м); терри. тории, на которых образуются уступы, также . подразделяются на четыре группы (например, для группы Шк высота уступа /г = 54-Ю см). Расчетные значения относительных гори- зонтальных деформаций земной поверхности определяются с учетом коэффициентов пере- грузки и условий работы ус: е = EmaXVf ус, (12.1) где ЕтаХ — ожидаемые (прогнозируемые) максималь- ные деформации земной поверхности на участке здания. При расчете конструкций сооружений на воздействие деформаций земной поверхности применяется, как правило, принцип независи- мости действия горизонтальных деформаций, кривизны и наклонов.
т268 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях Перемещение грунта относительно фунда- ментов (рис. 12.2), вызванное горизонтальны- ми деформациями, определяется по формуле Д/= хе, (12.2) где х — расстояние от центральной оси отсека, блока пространственной жесткости или центральной колон- ны до сечения фундамента бескаркасного здания нли рассматриваемой колонны каркасного здания. Воздействия от неравномерных осадок фундаментов, вызванных естественной неодно- родностью грунта, не суммируются с воздейст- виями от искривления основания, вызванного подработкой, вследствие того, что подработка происходит во время эксплуатации зданий пос- ле стабилизации строительных осадок. На пло- щадках, сложенных просадочными грунтами, конструкции зданий и сооружений должны проектироваться с учетом возможного совмест- ного воздействия на них деформаций от подра- ботки и просадок [4, 7]. Материалы инженерно-геологических изыс- Рис. 12;2. Нагрузка и усилия в заглубленной части жёсткого фундамента под воздействием деформаций растяжения а—план фундаментов с нагрузками; б — разрез; в — эпюра перемещений грунта; г — эпюра сдвигающих нагрузок по подошве фундаментов; д, е, ж, и — эпюры усилий соответственно Nt tn ’ ff 11 суммарная эпюра усилий А7; I — оси, разбивающие фундаменты поперечных стен на участки, тяготеющие к фундаментам поперечных стен; II—фундаментный железобетонный пояс; 1—4 — оси поперечных стен каний должны дополнительно учитывать воз- можность изменений физико-механических свойств грунтов вследствие изменений гидро- геологических условий площадки, вызванных оседанием земной поверхности, а также воз- можность образования оползней, заболачива- ния территории и т. п. Расчетные значения прочностных гр и с и деформационных £0 характеристик грунта для определения усилий, воздействующих на фун- даменты в результате деформаций земной по- верхности, должны приниматься равными нор- мативным с коэффициентом надежности по грунту yg=l. Фундаменты сооружений, возводимых на подрабатываемых территориях, могут проек- тироваться на воздействие горизонтальных де- формаций основания по жесткой, податливой или комбинированной конструктивным схемам с примененнем фундаментных железобетонных поясов, плит, связей-распорок между фунда- ментами под колонны, горизонтального шва скольжения и т. п. Для зданий с жесткой конструктивной схе- мой (имеющих поэтажные пояса и ленточный замкнутый фундаментный пояс) при определе- нии расчетных сопротивлений грунта основа- ния коэффициент условий работы ус2 прини- мается по табл. 12.1 в зависимости от отно- ТА БЛИЦА 12.1. КОЭФФИЦИЕНТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ УС2 . при отношении длины здания к его высоте Грунты 4>L/ /Я>2,5 2.5>Е/ /Н>1,5 LfH< Крупнэобломочные с песчаным заполни- телем И легки, кроме мелких и пылеватых Пески мелкие . . » пылеватые Крупнообломочные с глинистым заполни- телем и глинистые с /L^O.5............. То же, с I£>0,5 1,4 1,3 1,1 1,0 1,0 1,7 2,1 2,5 1,6 1,9 2,2 1.3 1,7 2,0 1,0 1,1 1,2 1,0 1,0 1,0 шения длины здания (или отсека) L к его кон. структивной высоте Н, считая от подошвы фундаментов. Краевое давление на грунты основания плитных фундаментов зданий и сооружений башенного типа, а также отдельных фундамен- тов промышленных зданий следует рассчиты- вать с учетом наклонов земной поверхности. Это давление не должно превышать 1,47? (в угловой точке 1,57?), а равнодействующая всех нагрузок не должна выходить за пределы ядра сечения.
12.1. Особенности проектирования на подрабатываемых территориях 269 С учетом повышенных давлений' на основа- ние ширину подошвы бетонных и железобе- тонных фундаментов: следует устанавливать не менее 25 см, а в случае применения других материалов — не менеё 40 см. Для уменьшения неблагоприятного воздей- ствшГдеформаций земной поверхности на фун- даменты и конструкции сооружений необходи- МО применять следующие мероприятия: раз- резку на отсеки; отделение фундаментов швом скольжения; устройство связей-распорок меж- ду отдельными фундаментами каркасных зда- ний; размещение фундаментов на одном уров- не; устройство грунтовых подушек на основа- ниях, сложенных практически несжимаемыми грунтами; выполнение грунтовых подушек из материалов, обладающих малым сцеплением и трением на контакте с поверхностью фунда- ментов; разработку временных компенсацион- ных траншей по периметру здания или соору- жения или только в местах наибольших гори- зонтальных перемещений грунта. К числу та- ких мероприятий относится также устройство податливых и слабых конструктивных элемен- тов, которые в процессе подработки могут де- формироваться (например, применение ограж- дающих панелей глубоких подвальных поме- щений каркасных зданий, рассчитанных на ак- тивное боковое давление грунта; часть панелей при значительных деформациях во время под- работки может быть заменена). На территориях, на которых возможно об- разование уступов, выбор типа фундаментов н метода защиты зданий должен зависеть от размеров ожидаемых уступов: при малых раз- мерах ожидаемых уступов (до 5 см) фунда- менты могут приниматься как и для строитель- ства на площадках с плавными деформациями земной поверхности; при размерах уступов бо- лее 5 см следует предусматривать возмож- ность выравнивания здания поддомкрачивани- ем. Для этой цели под цокольным поясом бес- каркасных зданий следует выполнять ниши для установки домкратов, а под ними и по по- дошве фундаментов устраивать железобетон- ные пояса для распределения сосредоточенных нагрузок от домкратов и восприятия усилий от горизонтальных деформаций грунта. В кар- касных зданиях для возможности выравнива- ния колонн должны предусматриваться упоры на колоннах и площадки на фундаментах для установки домкратов, а на анкерах наносится дополнительная резьба на величину возмож- ного подъема колонн. Для уменьшения деформаций земной по- верхности могут применяться, по согласова- нию с горно-добывающими предприятиями, гор- но-технические защитные мероприятия зданий (закладка выработанного пространства поро- дой, применение специальных способов : отра- ботки пластов. 12.1.3. Расчет фундаментов на естественном основании на воздействие горизонтальных деформаций А. ЖЕСТКИЕ ФУНДАМЕНТЫ ; Конструкции фундаментно-подвальной час- ти зданий, проектируемых по жесткой конст- руктивной схеме, при воздействии перемеще- ний грунта, вызванных относительными гори- зонтальными деформациями, рассчитываются на следующие нагрузки (рис. 12.2): if—силы трения по подошве фундаментов в направле- нии продольной оси; tm — то же, по подошве фундаментов примыкающих стен; tn— тоже, по боковым поверхностям заглубленной части фундаментов; tg — нормальное давление сдви- гающегося грунта на боковую поверхность за- глубленной части примыкающих стен. Нагруз- ки ttn и tg от фундаментов примыкающих стен передаются в виде опорных реакций на эле- менты железобетонных поясов под продольны- ми стенами. Нагрузки на жесткие фундаменты- опреде- ляют при следующих допущениях: относитель- ные горизонтальные деформации принимаются постоянными по длине здания и определяются по формуле (12.1); расчетное перемещение грунта (см. рис. 12.2, в) в пределах здания (отсека) определяется по формуле (12.2); си- лы трения (сдвигающие силы) принимаются возрастающими пропорционально перемещению грунта относительно фундамента от нулевого значения на расстоянии х0 по оси отсека до предельного (см. рис. 12.2, в), равного сопро- тивлению грунта на срез; нормальное давле- ние грунта считается пассивным и зависит от перемещения грунта относительно фундамента. Учет собственных деформаций конструк- ций (растяжение продольных элементов поя- сов, прогибы фундаментов под примыкающими стенами, а также выгиб основания, вызываю- щий перераспределение отпора грунта под по- дошвой фундаментов) обеспечивает' снижение расчетных усилий. Расчет производим в следующем порядке. Определяем предельный сдвиг грунта для под- рабатываемых территорий (см. рис. 12.2, в): (20 + 0,15п) 10-з = 3,5 см, (12 3) где 20 и 0,15 — коэффициенты, измеряемые соответ- ственно в м и м2/кН; п — вертикальная нормативная, нагрузка на основание, кН/м. Расстояние х0 до сечения, где наступает срез грунта, находим по формуле
270 Глава 12. Проектирование фундаментов в-особых условиях = Аи/(8“ей.), (12.4) где —усредненная собственная деформация же- лезобетонного фундаментного пояса: при деформаци- ях растяжения 8^“1-10“3- Силы трения грунта под подошвой фунда- ментов вычисляют по выражению it = cb 4- п tgср. (12.5) Усилия Nt определяем по формулам (см. рис. 12.2, д): на-участке хосх</ Nt=(l-x)if, (12.6) на участке хо>х^О 2 2 х0 — X Nt — (I — х0) tf -|- ~ tf. (12.7) 2х0 Для определения усилий Nn необходимо, вычислить сопротивление грунта срезу tn по боковым поверхностям фундаментов: ^ = ‘:Л\ + У + тМ'‘? + < (12-8) где спн k п — эмпирические коэффициенты [1]. Для определения усилий Nin необходимо по формуле (12.5) вычислить предельные соп- ротивления грунта срезу под фундаментами по- перечных стен. Так как qi — q, то /fnt-=^ = = 4§,5 кН/м и x0i=x0—8,8 м. Усилие Ntni (опорная реакция от i-й примыкающей стены), передаваемое на фундаментный пояс под сте- ной А, находим по формуле Ntnt — I' х0-. (12.9) При Xi>xQi принимается х(-/хог=1. Сум- марное усилие Ntn в любом сечении х пояса А определяем по формуле п Ntn 2 Ntnt> (12.10) z=l где п — число стен, примыкающих к расчетному фун- даменту по оси А на участке от I до х. ’ Характер эпюры Ntn представлен на рис. 12.2, ~е. ; 'Для расчета усилий Ns необходимо вычис- лить предельное пассивное давление грунта (рис. 12.2, б); vh2 *g = tg2 (45° + ф/2) + 2ch tg (45° + ф/2). • &. • ' Предельное обжатие грунта при пассив- ном давлении определяем по выражению to I 1} а \ . &g = — I-------------1- ~’ I, (12.11) /i \ Eg Ес ) где,/.—длина призмы выпора: Z^=/i г-tg(45°+cp/2); Eg н Е е — модули боковой деформации грунта не- нарушенной структуры (£^=О,5Ео= 10 МПа) и грун- та засыпки; а — средняя ширина пазухи между фун- даментом и стенной котлована. Усилие Ngi (опорная реакция-от i-Й- при- мыкающей стены), передаваемое на пояс под стеной А, вычисляем по формуле = (12.12) где k — коэффициент, учитывающий., обжатие грунта: kt = Mt/bg = (&—- Sk) xi/^g < 1 (12.13) (здесь x t — расстояние от оси отсека до Z-ro фунда- мента); ^.—коэффициент, учитывающий возмож- ность полного развития призмы выпора грунта по ее длине: S,^=Z^/Z^^1 [где 1^ —расстояние между фун- даментами (в свету) примыкающих поперечных стен со стороны призмы выпора]; е —деформация пояса, д принимаемая при растяжении равной 1-10 , а при сжатии 0. Когда отметка грунта значительно превы- шает отметку фундаментного пояса (например, при действии деформаций сжатия для наруж- ных стен по рис. 12.2,6), часть нагрузки tSi следует передавать на цокольный пояс. Усилия Ng вычисляем по формуле п N.-1'^HtlUl- (12.14) (=1 Суммарное продольное усилие растяжения в любом сечении ленточного фундамента опре- деляем по выражению N = 0,^(NtA-Ntn + Nn-Ng), (12.15) где 0,8 — коэффициент, учитывающий сочетание на- грузок. Расчетные усилия в фундаментном поясе уточняем учетом распределения отпора грунта по подошве фундамента, возникающего на ис- кривленном основании под жестким бескар- касным зданием. Выпуклость отпора грунта к краям отсека уменьшается, а к середине уве- личивается (на вогнутости—наоборот), В ре- зультате расчетные усилия Nt на выпуклости при действии деформаций растяжения умень- шаются, а на вогнутости при действии дефор- маций сжатия, наоборот, увеличиваются по сравнению с расчетом без учета искривления основания. В общем случае уточненное усилие Nt оп- ределяем по формуле Nt = Nt±N't, (12.16) г где Л/ f — дополнительное усилие в поясе, принимае- мое на выпуклости при деформациях растяжения со знаком «минус», а на вогнутости при деформациях сжатия — со знаком «плюс». Аналогичное влияние искривление основа- ния оказывает на усилия Л^л. Совместное действие нагрузок Ntn и Ng (см. рис. 12.2, а) вызывает изгиб элементов фундаментного пояса под поперечными стена- ми, под влиянием которого они получат про- гиб, Вследствие этого уменьшится перемещение
12.1. Особенности проектирования на подрабатываемых территориях 271 грунта относительно фундамента, а следова- тельно, и нагрузки ttn и ts. Прогиб элементов фундаментного пояса целесообразно учиты- вать при Z/b>12, где / — длина пролета (по- лудлина отсека) (см. рис. 12.2, а) и b — шири- на фундамента. Пример 12.1. Рассчитать усилия в фундаментном поясе по оси А отсека пятиэтажного жилого дома е поперечными и продольными несущими стенами (рис. 1.2.2, а) при воздействии расчетных горизонтальных деформаций растяжения е=5-10“'3 (5 мм/м), направ- ленных параллельно продольной оси отсека, и ради- усе кривизны выпуклости р=6 км (определен как для абсолютно жесткого здания) при следующих исход- ных данных: длина отсека (стена А) 2/=19,6 м, полу- длина примыкающих стен /'=2,7 м, шаг поперечных стен 3,2 м; нагрузка на основание под всеми продоль- ными и пеперечными стенами /г= 100 кН/м; грунты ос- нования—суглинки с 1 £ =0,4 и нормативными харак- теристиками: ф = 21°; с=25 кПа; 50=20 МПа; у= = 17 кН/м3. Здание имеет техническое подполье — заглубление фундаментов с наружной стороны /it = = 1,5 м, под внутренними стенами /г.2 = 0,5-м. Расчетное сопротивление грунта основания /?= =260 кПа; ширина подошвы всех фундаментов' Ь — = 40 см. Решение. По формуле (12.3) определяем: Ди = (20 + 0,15-100) 10—3 = 0,035 м. Расстояние находим по выражению (12.4): = 0,035/(0,005 — 0,001) = 8,8 м. Силу трения грунта по подошве вычисляем по Формуле (12.5): = 25-0,4 + 100 = 48,5 кН/м Вычисленные по формулам (12.6) я (12.7) значе- ния усилий Л'^, кН, для различных сечений сводим в табл. 12.2. ТАБЛ И;Ц А 12.2. К ПРИМЕРУ 12.1 Сече- ние xt Nt Nn Ntn N g TV 0,8/V 9,8 9 0 131 110 241 192 8,8 48,5 11 131 110 300,5 240 6,4 149 34 226 220 629 502 4,8 198 45 226 220 689 550 3,2 234 53 274 310 871 700 0 264 60 274 310 908 728 Приняв для суглинка средней плотности сл = =4 кН/м2 и k п =2,5 кН/м3, получим: t ==11,1 кН/м. Величина t п составляет 22,8 % от В табл. 12.2 значения усилий Nn записаны в размере 22,8 °/о от Nt- Так как нагрузка на все стегы одинаковая, то =48,5 кН/м, а хо для поперечных стен равно 8,8 м. Значения усилий N вычисленные по форму- ле (12.10) при /' = 2,7 м, сводим также в табл. 12.2. Для определения усилия Ng вычисляем: tg= —IL212- tg2 (45° + 21°/2) + 2-25-0,5 tg X X (45° + 21°/2) = 40,8 кН/м. При подработке территории более чем через 10 лет после окончания строительства для грунта за- сыпки пазух (суглинка средней плотности) принима- ем: £=3,7 МПа. Следовательно, при /. ~1 м и а = =0,3 м А» = 14,6-10 Зм = 1,46 см. С? Значения М i равны: = (5—1) 10“3 -9,4=37,6Х Х10"3 м = 3,76 см; Д/2=2,48 см; Д/3=1,2 см; Д/4=0. Коэффициенты fe. равны: fe|=fe2=l; fe3 = 0,82: fe4= m0, В данном примере все коэффициенты <j = l и, следовательно, t gl =tg2 -=40,8 кН/м; t g3=33,5 кН/м; !gv0' Используя эти данные, определяем усилия N, g и N, которые сводим в табл. 12.2. Б. ПОДАТЛИВЫЕ ФУНДАМЕНТЫ Различают два типа податливых фундамен- тов: I — фундаменты, сдвигающиеся по' шву скольжения, и II — фундаменты, наклоняю- щиеся из своей плоскости (рис; 12.3). Фунда- менты типа II на сдвиг в плоскости, оси стены могут работать как фундаменты типа I. 6"*-— ft ь —1' Рис. 12.3. Податливые фундаменты Для фундамента типа II выполняется не- равенство dl(2h)>p, (12.17) где d и h — соответственно толщина и высота фунда- ментного блока или панели; ц, — коэффициент трения по шву скольжения, принимаемый в зависимости от материала его заполнения [3]. . При устройстве скосов обеспечивается местная устойчивость фундаментных блоков или панелей при воздействии бокового давле- ния грунта и снижение опорных изгибающих моментов. Применение блоков со скосами наи- более целесообразно для зданий с поперечны- ми несущими стенами с коротким их шагом при наличии подвала или технического подполья. Податливые фундаменты типа I гари пере- мещениях грунта, вызванных горизонтальными деформациями, рассчитываются на трение по шву скольжения Z', действующее в направле- нии продольной (или поперечной) оси здания, и трение' по шву скольжения примыкающих стен t tn, действующее в поперечном направле- нии относительно этих стен. Общее продольное усилие растяжения изд
272 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях сжатия в любом сечении х пояса податливого фундамента определяется суммой двух компо- нентов — Nt и Ntn. ' Усилие Nt вычисляется по формуле Nt = yc(l — x'}pn, (12.18) где —коэффициент условий работы, принимаемый в зависимости от длины отсека: Длина отсека 2/, м . - - • <10 20 30 40 >5 ус'... ......... . 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 « — вертикальная нормативная нагрузка на уровне шва скольжения. Усилие Ntn определяется по выражению tn Nt„ - Та ‘ S ‘ш’ 1=1 Где у — коэффициент условий работы, зависящий от cl числа примыкающих стен на участке /—х: Число стен или отдель- ных фундаментов на уча- стке Z—х ......... 1 VCl................ • • 1 I . —сила трения по шву мыкающей стеной: 2 3 4 >5 0,9 0,8 0,7 0,6 скольжения под г-й при- = (12-20) m — число примыкающих стен на участке I—х. При расчете ленточных фундаментов, имеющих комбинированную конструктивную схему (когда отметка шва скольжения нахо- дится ниже отметки поверхности грунта), к уси- лиям Nt и Ntn следует добавить усилия Nn и Ns, определяемые по тем же формулам, что и для жестких фундаментов. В этих формулах заглубление фундаментов принимается от пла- нировочной отметки грунта и отметки пола подвала до уровня шва скольжения. Податливые фундаменты типа II при воз- действии горизонтальных перемещений грунта рассчитываются на нагрузки трения по шву скольжения t ' в направлении оси здания, бо- кового давления грунта t' на наклоняющиеся фундаменты и нагрузки tb, возникающие в эле- ментах пояса под примыкающими стенами от наклона фундамента вследствие эксцентричной передачи на него при этом вертикальной на- грузки. Перемещение грунта А/ по подошве накло- няющегося фундамента вызывает неравномер- ное по высоте обжатие грунта (см. рис. 12.3,6). Возникающее при этом давление грунта стре- мится дополнительно переместить нижнюю часть фундамента в направлении действия го- ризонтальных деформаций. Этому препятству- ет слой грунта высотой й2 и сопротивление сдвигу по его подошве. При этом обжатие грунта происходит по треугольнику, макси- мальная ордината которого на поверхности грунта определяется по формуле А/' = Mh.Jh, . (12.21 где h и hi — соответственно высота фундамента и его заглубление со стороны надвигающегося грунта. У жестких фундаментов призма выпора об- разуется от подошвы фундамента. Для на- клоняющихся фундаментов на уровне подошвы обжатие равно нулю. В практических целях рекомендуется ориентироваться по средней глубине ht = hi/2 и соответствующему этой глубине обжатию грунта Nli = Nl'/2. Для этой глубины по формуле (12.11) следует вычислить предельное обжатие грунта Agj, а по формуле (12.13) понижающий коэффициент /г,. Тогда боковое давление (см. рис. 12.4,6) на 1 м цо- кольного пояса tg получим по формуле -О24-(12.22) где O=tg(45o+cp/2). Заглубление фундамента h2 со стороны подвала следует проверять на пассивное соп- ротивление грунта воздействию нижней опор- ной реакции; при этом может быть учтено соп- ротивление грунта сдвигу по подошве фунда-. ментов (прочность фундаментной стены долж- на быть проверена с учетом бокового давления грунта). Нагрузки tb на 1 м длины пояса определя- ются по формуле tbi = ^ir!h, (12 23) где г—плечо вертикальных сил. действующих в верхнем и иижнем оголовках наклонившегося фунда- мента. Суммарное продольное усилие растяже- ния или сжатия в любом сечении х цокольного пояса при наклоняющихся фундаментах вы- числяется по выражению N = 0,8 (Nt + Ng Nb); (12.24) in Кь = 1’^‘Ы- (12.25) 1=1 Пример 12.2. Рассчитать усилия в фундаментном поясе над швом скольжения податливых фундамен- тов типа I по оси А отсека пятиэтажного дома для условий, приведенных в примере 12.1 (план несущих стен показан на рис. 12.2, а}. Коэффициент трения по шву скольжения ц=0,3. Решение. Рассчитываем усилия без учета искрив- ления основания. Вычисляем по формуле (12.18) при коэффициенте 7^=0,8 (так как 27=19,6 м » 20 м) усилия Nf под стеной А, по формуле (12.19) усилия по формуле (12.15) расчетные усилия и все полученные значения сводим в табл. 12.3 (усилия Ng не возникают). ТАБЛИЦА 12.3, К ПРИМЕРУ 12.2 Ось (см. рнс. 12.2, а) Nt Nln N 0,87V 1 0 81 81 65 2 76 146 220 176 3 154 194 348 278 4 230 194 424 340
12.1. Особенности проектирования на подрабатываемых территориях 273 Пример 12.3. Для условий примера 12.2 рассчи- тать усилия в цокольном поясе над швом скольже- ния податливых фундаментов типа II (наклоняющих- ся). Поперечное сечение фундаментов показано на рнс. 12.4 при высоте панели подвала 1,8 м и толщи- не 14 см без скосов. Решение. Усилия N в этом примере будут та- кими же, как и в примере 12.2; усилия Ng при дей- ствии деформаций растяжения не возникнут. Рас- считываем значения усилия. Nу кН, и суммарные усилия и сводим полученные значения в табл. 12.4. Рис. 12.4. Наклоня- ющийся фундамент под внутренней по- перечной стеной (к примеру 12.3) 1 — фундаментный блок; 2 —панель сте- ны подвала; 3 — же- лезобетонные пояс-а; 4 — шов скольжения ТАБЛИЦА 12.4. К ПРИМЕРУ 12.3 Ось (см. рис. 12.2, а) Nb N 0,8А/ 1 0 10 10 8 О 76 22 98 78 3 154 33 187 150 4 230 35 265 212 Как видно из табл. 12.4, усилия N & невелики и относительно IV при наличии скосов в оголовках па- нелей могут иметь другой знак, поэтому при узких и высоких панелях этим компонентом усилий можно пренебречь. 12.1.4. Проектирование и расчет свайных фундаментов на подрабатываемых территориях А. СПЕЦИФИКА РАБОТЫ СВАЙ НА ПОДРАБАТЫВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ Наиболее важными деформационными воз- действиями на сваи являются горизонтальные перемещения грунта, определяемые по форму- ле (12.2). Возникающие опорные реакции в голове свай в виде горизонтальных сил и из- гибающих моментов передаются на ростверк, который помимо распределения вертикальных нагрузок на сваи дополнительно работает в горизонтальной плоскости как фундаментный железобетонный пояс. Для снижения дополни- тельных усилий в ростверке от воздействия го- ризонтальных перемещений необходимо умень- шать расчетные перемещения грунта путем разрезки зданий на отсеки, применять подат- ливые схемы сопряжения голов свай с рост- верком — шарнирные и через шов скольжения, а также свайные фундаменты с высоким рост- 1 Я__ . О I Q верком, использовать сваи с малой изгибной жесткостью [5]. В зависимости от схемы сопротивления головы сваи с низким ростверком допускаются следующие перемещения свай: при жесткой за- делке — до 2 см; при условно-шарнирном соп- ряжении — до 5 см; при шве скольжения —до 8 см. Для свайных фундаментов с высоким рост- верком в результате прогиба свободной части сваи предельные перемещения при жёсткой за- делке и при условно-шарнирном сопряжении (при соответствующем обосновании) могут быть увеличены. Помимо горизонтальных деформаций на свайные фундаменты воздействуют наклоны земной поверхности от горных выработок, вы- зывающие крен здания, а также возникнове- ние опрокидывающего момента и горизонталь- ных составляющих нагрузок, приложенных к голове свай, и как следствие их изгиб и пере- распределение вертикальных нагрузок на сваи. Искривление основания вызывает под жестки- ми зданиями перераспределение вертикальных нагрузок: выпуклости сваи, расположенные на краях отсеков, разгружаются, а в средней час- ти дополнительно догружаются (на вогнутос- ти—наоборот). При расположении высоких ростверков в бетонных полах или в других жестких конст- рукциях, устраиваемых на поверхности грун- та, по всему периметру свай следует преду- сматривать зазор высотой не менее 5 см, кото- рый необходимо заполнять пластичными мате- риалами. За счет этого отсутствует жесткая опора свай при воздействии горизонтальных перемещений грунта. Б. РАСЧЕТ СВАЙ С ШАРНИРНОЙ И ЖЕСТКОЙ ЗАДЕЛКОЙ ГОЛОВ В ВЫСОКИЙ И НИЗКИЙ РОСТВЕРКИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И НАГРУЗКИ Расчет рассматриваемых свай на горизон- тальные перемещения и нагрузки осуществля- ется при следующих допущениях: а) основание принимается упругим, харак- теризуемым горизонтальным (боковым) моду- лем деформации, который увеличивается по глубине с нулевой ординатой на поверхности грунта или под подошвой низкого ростверка; б) рассчитываются сваи гибкие и средней жесткости, не изменяющейся по глубине; в) свободная высота сваи Н может быть как произвольной длины, так и равной нулю (низкий ростверк); г) в результате взаимодействия упругой оси сваи с упругой грунтовой средой под воз- действием горизонтальных перемещений в за-
274 Г лава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях глубленной части сваи возникают два участ- ка — верхний длиной Ъ и нижний длиной с (рис. 12.5 и 12.6), в пределах которых боко- вое давление грунта на сваю имеет противопо- ложные направления; Рис. 12.5. Взаимодействие упругой оси сваи, имею- щей шарнирное сопряжение с ростверком, 'и грунта при действии горизонтальной нагрузки или переме- щения а — деформация оси сван 1 и эпюра обжатия грун- та 2; б — эпюра нагрузок на сваю; в, г —эпюры по- перечных сил и изгибающих моментов в свае Рис. 12.6. Взаимодействие упругой оси сваи с жест- кой заделкой головы в ростверк с грунтом при дей- ствии горизонтальной нагрузки или перемещения (см. экспликацию к рис. 12.5) д) максимальная ордината эпюры боково- го давления р1} располагаемая посередине участка Ь, принимается пропорциональной ве- личине обжатия грунта сваей в точке Е; е) за расчетную принимается длина сваи, равная Я+6 + с; ж) глубина погружения сваи I в грунт должна удовлетворять неравенству //(& + с)>1. (12.26) Для практических целей приводимую ни- же методику допускается применять при Z>> 5>0,9(б4-с). Ординаты поперечных сил и изгибающих моментов для характерных сечений сваи при шарнирной или жесткой заделке голов в высо- кий или низкий ростверк под воздействием го- ризонтальных перемещений грунта, равных AZ, определяются по формулам: Qi--~Pibqi-=Qqi; (12.27) О 1 М.I = рг о1 mi = Mm^, (12.28) О где =----:/ — OAZ; (12.29) m> (1 — V-) здесь 0 — коэффициент обжатия грунта посередине участка &; w — коэффициент, принимаемый в зависи- мости от коэффициента п (отношения глубины погру- жения сван к ее размеру поперечного сечения d в направлении перпендикулярном расчетному направ- лению действия перемещения или горизонтальной на- грузки): я ........ . 10 20 30 40 50 w ........ . 2,25 2,64 2,68 3,07 3,22 v—коэффициент Пуассона; Е —модуль горизон- тальной деформации грунта: Eh = ycE0, (12.30) Vc — коэффициент условий работы, учитывающий анизотропность грунта; принимается равным для пы- левато-глинистых грунтов 0,5, а для песка 0,65 (зна- чение коэффициента ус допускается уточнять в за- висимости от способа погружения свай, явлений за- сасывания, длительного действия нагрузки и т. п.); Ео — модуль деформации грунта, определяемый на уровне середины участка b [для грунтов с модулем £о<5 МПа на глубине (6-г7)б!. для грунтов с Ео> >15 МПа на глубине (4-r5)d от поверхности грунта для свайных фундаментов с высоким ростверком или от подошвы ростверка для фундаментов с низким ростверком]; 4 A J7J Ъ=1/ ₽--------- Ш(1 —V2), (12.31) Г Eh здесь EI — жесткость сваи; [3 —- коэффициент, опре- деляемый по рис. 12.7 или 12.8. Для построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов в свае по рис. 12.7 и 12.8 следует определить коэффициенты: для поперечной силы — qi(qA = qD', qc = ®', qa = — Q,5qD), а по формуле (12.32)—положение сечения в заглубленной части сваи с нулевым значением поперечной силы и максимальным значением сваи изгибающего момента; для из- гибающего момента — m1(mc = 0; тц = 0,2тв; при шарнирном сопряжении ап а = 0) и расстоя- ние Zo до точки с максимальной ординатой из- гибающего момента в свае: А, =(1-х0)&, (12.32) где х0 — коэффициент, определяемый по рис. 12.7 или 12.8. Длину участка с и максимальную ордина- ту эпюры бокового давления грунта fe нахо- дящуюся посередине нижнего участка с, опре- деляют по формулам;
12.1. Особенности проектирования на. подрабатываемых, территориях 275 c — ab; (12.33) Р2~ (12.34) где а — коэффициент, определяемый по рис. 12.7 или 12.8. X, .то (левая шкала) и Р (правая шкала) от коэффи- циента а при шарнирном сопряжении голов свай с ростверком Рис. 12.8. Зависимость коэффициентов а, 0, q, in, X, ~хо (левая шкала) и ₽ (правая шкала) от коэффи- циента а при жесткой заделке головы свай в рост- верк Для определения только максимальных значений поперечной силы и изгибающего мо- мента в свае достаточно выбрать по рис. 12.7 или 12.8 максимальные значения коэффициен- тов qt и тр и по формулам (12.27) и (12.28) вычислить Q max И Мтах- По рис. 12.7 и 12.8 можно построить про- гиб упругой оси сваи. Максимальный прогиб в уровне головы сваи определяют по формуле Pi /У 1 *^=i«T=4'- (12-35> где % — коэффициент, определяемый по рис, 12.7 или 12.8, а в характерных точках D, Е и G — по фор- муле рг = ®г-Д/. (12.36) Для характеристики шарнирного сопряже- ния сваи с ростверком кривые % и @G на рис. 12.7 увеличены соответственно в 5 и 10 раз. Усилия в сваях, располагаемых в свайном поле и имеющих различные перемещения Д/, целесообразно определять через усилия бф и получаемые при единичном перемещении AZi — 1 см, а затем вычислять искомые Q и М при заданных перемещениях Д/ по формулам: Q = | Л/1 (Д; М = \АЦМХ, (12,37) где |Л/| — безразмерная величина заданного переме- щения сваи. Если по заданным горизонтальным нагруз- кам, например от наклона земной поверхности и ветровой нагрузки (опорным реакциям свай T—Qa), требуется определить максимальные усилия в свае или построить эпюры давления грунта, Q, М и прогиба сваи, расчеты следует вести по значению опорной реакции Qm, по- лученной при единичном перемещении ' Eli — = 1 см. В этом случае искомые параметры на- ходят по формулам: 4/ = УГ4'1; Ql = QiIi Т Mt я т- Д»= (12.38) *<41 где М. Q —усилия в i-x сечениях при единич- ном перемещении. В свайных фундаментах с высоким рост- верком, когда коэффициент 7в>0,5, макси- мальное значение поперечной силы следует оп- ределять для заглубленной части сваи (точка В на рис. 12.5 и 12.6) подформуле QB = TqB/qA, (12.39) где q — коэффициент для сечения А на уровне го- ловы сваи. Дополнительный изгибающий момент от внецентренного действия вертикальной нагруз- ки на изогнутую ось сваи (см. рис. 12,5 и
%1Ь Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях 12.6) приближенно вычисляют по следующим зависимостям: для свай с шарнирным сопряжением с ростверком (в заглубленной части сваи) М' = N (1 — 0£) М-, (12.40) для свай с жесткой заделкой голов в рост- верк (на уровне заделки) М' — N — ©£)(Д//2), (12.41) где .V—-нормативная вертикальная нагрузка на сваю, Приведенные (расчетные) максимальные усилия в свае от воздействия горизонтальных перемещений, наклона и ветровой нагрузки, а также от внецентренного действия вертикаль- ной нагрузки находят по выражениям: Qc-0,8(QZl + 0,7Qb); (12.42) Л4С = 0,8(/ИЛ + 0,7/Иь + М'), (12.43) где М д — максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента в свае от воздействия горизонтальных перемещений грунта; , М —то же, от наклона земной поверхности и ветровой на- грузки; 0,8 и 0,7 — коэффициенты, учитывающие со- четания нагрузок. При расчете ростверка следует учитывать дополнительные нагрузки, возникающие в за- делке свай (точка Д на рис. 12.5 и 12.6); эти нагрузки определяются по формулам (12.42) и (12.43). Кроме того, необходимо учитывать усилия от свай, расположенных как под про- дольными’ стенами, так и под поперечными. Пример 12.4. Рассчитать усилия в сваях сечени- ем 30X30 см, погруженных в грунт на глубину 1= = 7 м, от перемещения грунта Д/=2 см для четырех ТАБЛИЦА 12.5. К ПРИМЕРУ 12.4 Показатель Значения показателей при шарнирном сопряжении при жесткой заделке /7 = 0 И = 2 м /7 = 0 /7 = 2 м вариантов: с шарнирной и жесткой заделкой голов в ростверк; при низком ростверке (77=0) и высоком (77=2 м). Жесткость свай £7=7,8 МГГа-м4. Грунт- суглинок с модулем деформации £0=13,7 МПа и v= = 0,35. В соответствии с формулой (12.30) принимаем Eh =0,5-13,7=6,85 МПа. Решение. Для свайных фундаментов с низким ростверком при а=77/7=О по рис. 12.7 и 12.8 соответ- ственно для шарнирного сопряжения и жесткой за- делки свай определяем коэффициенты |3, а и др. (табл. 12.5). Для свайных фундаментов с высоким ростверком при «=2/7=0,286 по рис. 12.8 и 12.9 для шарнирного сопряжения предварительно находим коэффициенты |3=28,5 и а=0,73 и вычисляем по формуле '(12.31) при ау=2,38 и |1=0,35 значения 6 = 2,99 м; с=а6 = 2,18 м и 6 + с = 5,17 м; для жесткой заделки — соответственно £=0,66 и а=0,57; 6=3,66 м; с=2,08 м; 6 + с = 5,74 м. Определяем уточненные коэффициенты а = 77/(6 4- с) (12.44) и по ним на рис. 12.8 и 12.9 находим искомые зна- чения коэффициентов £, а и др. Уточненные значе- ния коэффициентов для шарнирного сопряжения а= =2/5,17=0,39 и для жесткой заделки а=2/5,74=0,35; найденные по рис. 12.7 и 12.8 значения коэффициен- тов ₽, а и др., вычисленные длины 6, 6 + с и /о, давления р, и усилия сводим в соответствующие гра- фы табл 12.5. В. РАСЧЕТ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СВАЙ НА ВЕРТИКАЛЬНУЮ НАГРУЗКУ Несущая способность свай на вертикаль- ные нагрузки на подрабатываемых территори- ях определяется по формуле Фе/ = Тс.е/Ф, (12.45) где V с е/ — коэффициент условий работы, учитыва- ющий изменение структуры грунта и перераспределе- ние вертикальных нагрузок при подработке, прини- маемый по табл. 12,6; Ф—несущая способность сваи. ТАБЛИЦА 12.6. КОЭФФИЦИЕНТ УСЛОВИИ РАБОТЫ Сваи Значения при проведении изыска- ний до подра- ботки в период подработки а 0 0,39 0 0,35 Сваи-стойки в фундаментах любых зданий и сооружений 0,9 1 Р 50 26,5 138 59 Висячие сваи в фундамен- тах: а 0,62 0,76 0,45 0,59 податливых зданий и сооружений (например, е 0,28 0,12 0,39 0,19 одноэтажных каркасных 0,9 Е с шарнирными опорами) 1 @ 1 0,4 0,64 жестких зданий и соору- D Л 1 жений (чапример, бес- а „ 0,62 0,43 0,79 0,66 каркасных и каркасных ЧА многоэтажных зданий с . qB —0,38 —0,57 -0,21 —0,34 жесткими узлами, силос- ных корпусов) .... 1,1 1,2 mA 0 0 —0,5 —0,85 Примечание. Подразделение на жесткие и 0,43 0,56 0,28 0,39 податливые здания осуществлено по их реакции на неравномерные осадки фундаментов, при которых в 10, М 1,94 1,28 3,18 2,17 жестких зданиях происходит перераспределение отпо- ра грунта, а в податливых перераспределения прак- 6, м 3,41 2,91 4,4 3,56 тически нет или оно мало и его можно не учитывать. 6+с, м 5,52 5,12 6,38 5,66 Сваи на подрабатываемых территориях, Рг, кН/м 16,2 6,9 22,4 11 как правило, должны рассчитываться на вне- 22,8 5,8 52 17,2 центренное сжатие с учетом усилий, определи- кН 14 7,6 13,8 9 емых по формулам (12.42) и (12.43), а при М ,, кН - м 0 0 —72,2 -39,2 превышении дополнительных выдергивающих А нагрузок (от наклонов и ветровой нагрузки)
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов 271 над сжимающими нагрузками — на внецент- ренное растяжение. Несущую способность свай по грунту сле- дует рассчитывать на сочетания, при которых в сваях возникают максимальные сжимающие нагрузки, определяемые с учетом дополнитель- ных нагрузок сжатия от искривления основа- ния, наклона земной поверхности и ветровой (агрузки. Несущая способность свай по ма- териалу рассчитывается при максимальном зна- чении изгибающего момента для двух сочета- ний вертикальных нагрузок.— максимальной и минимальной. При этом свая рассматривается как стержень, жесткозащемленный в грунте в сечении, расположенном на расстоянии = (12.46) где Н — свободная высота сваи; — длина участка сваи в грунте, определяемая по формуле (12.32). Расчетные максимальную Nmax и мини- мальную Nmin вертикальные нагрузки на сваю в свайном фундаменте жесткого здания или сооружения следует определять по невыгод- ным сочетаниям основных и дополнительных нагрузок, действующих в направлении про- дольной и поперечной главных осей здания. 12.2. СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ 12.2.1. Общие положения Сейсмостойкость сооружений, их фунда- ментов и оснований оценивается расчетом по первой группе предельных состояний на особое сочетание нагрузок (включая сейсмическое воздействие). В задачах сейсмостойкости сооружений их основание рассматривается как источник ко- лебаний сооружения и одновременно как один из элементов самого сооружения, прочность которого должна быть обеспечена и при сейс- мических нагрузках. Верхние слои грунта изменяют параметры подходящих из глубин сейсмических волн и тем самым могут изменить интенсивность сейс- мических колебаний. Как элемент сооружения грунтовое основание вносит дополнительную податливость по сравнению с расчетной схемой, в которой фундаменты считаются жесткозаде- ланными, что влияет на частоты и формы соб- ственных колебаний сооружения и как следст- вие иа сейсмические колебания, действующие на сооружения. И наконец, сейсмические на- грузки вместе со статическими от собственного веса должны восприниматься всеми элемента- ми сооружения, в том числе его фундамента- ми и основанием, без недопустимых разруше- ний. 12.2.2. Оценка интенсивности сейсмических колебаний в зависимости от грунтовых условий Балльность строительной площадки опре- деляется по карте сейсмического районирова- ния территории СССР [6] и затем корректиру- ется по данным сейсмического микрорайониро- вания, проводимого изыскательскими организа- циями в соответствии с Рекомендациями [1], по картам сейсмического микрорайонирования для тех населенных пунктов, для которых они уже составлены, по ориентировочной табл. 1 СНиП 11-7-81, если отсутствуют инструмен- тальные данные. Сейсмичность площадки в зависимости от категории грунта приведена в табл. 12.7. Сейс- ТАБЛИЦА 12.7. СЕЙСМИЧНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ Категория грунта по сейсмическим свойствам Сейсмичность площадки строительства, баллы, при сейсмичности района, баллы 7 8 9 I 6 7 8 II 7 8 9 III 8 9 >9 мические воздействия при проектировании учитываются при интенсивности сейсмических колебаний 7, 8 и 9 баллов. При интенсивности более 9 баллов строительство возможно толь- ко по разрешению вышестоящих органов в со- ответствии с утвержденными требованиями. По сейсмическим свойствам грунты разде- ляются на три категории: 1 категория: скальные грунты всех видов (в том числе вечномерзлые и вечномерзлые от- таявшие); невыветрелые и слабовыветрелые; крупнообломочные грунты плотные маловлаж- ные из магматических пород, содержащие до 30 % песчано-глинистого заполнителя; вывет- релые и сильновыветрелые скальные и нескаль- ные твердомерзлые (вечномерзлые) грунты при температуре —2 °C и ниже при строительстве и эксплуатации по принципу I (сохранений грунтов основания в мерзлом состоянии); II категория: скальные грунты выветрелые и сильновыветрелые (в том числе, вечномерз- лые, кроме отнесенных к I категории); крупно- обломочные грунты (за исключением отнесен- ных к I категории); пески гравелистые, круп- ные и средней крупности, плотные и средней плотности маловлаЖные и влажные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плот- ности маловлажные; глинистые грунты с по- казателем текучести II <0,5 при коэффициен- те пористости е<0.9 для глин и суглинков, и е<0,7 для супесей; вечномерзлые нескальные
278 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях грунты пластичномерзлые или сыпучемерзлые, а также твердомерзлые при температуре выше —2 °C при строительстве и эксплуатации по принципу I;' HI категория: пески рыхлые независимо от влажности и крупности; пески гравелистые, крупные и средней крупности плотные и сред- ней плотности водонасыщенные; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности влажные и водонасыщенные; глинистые грун- ты с показателем текучести /д>0,5; глинистые грунты с показателем текучести /г, <0,5 при ко- эффициенте пористости е>0,9 для глин и суг- линков и е>0,7 для супесей; вечномерзлые не- скальные грунты при строительстве и эксплуа- тации по принципу II (допущение оттаивания грунтов основания). При неоднородном составе грунты площад- ки строительства относятся к более неблаго- приятной категории грунта по сейсмическим свойствам, если в пределах 10-метровой толщи грунта (считая от планировочной отметки) слой, относящийся к этой категории, имеет сум- марную толщину более 5 м. Категорию грунта при прогнозировании подъема уровня подземных вод и обводнения грунтов (в том числе просадочных) в процессе эксплуатации сооружения следует определять в зависимости от свойств грунта (влажности, консистенции) в замоченном состоянии. Если при строительстве на вечномерзлых нескальных грунтах по принципу II зона от- таивания распространяется до подстилающего талого грунта, то грунты основания не следует рассматривать как вечномерзлые, а учитывать их фактическое состояние после оттаивания. Для особо ответственных зданий и соору- жений, строящихся в районах с сейсмичностью 6 баллов на площадках строительства с грун- тами III категории по сейсмическим свойст- вам, сейсмичность площадки строительства следует принимать равной 7 баллов. В том случае если данные о консистенции или влажности отсутствуют, глинистые и пес- чаные грунты при уровне подземных вод вы- ше 5 м относятся к III категории по сейсми- ческим свойствам. Для определения интенсивности сейсмиче- ских колебаний строительных площадок по табл. 12.8 категория грунта назначается в за- висимости от типа грунта и его физических свойств, в частности плотности, влажности, консистенции. При возможности местного замачивания грунтов в основании здания необходимо учи- тывать изменения прочностных свойств грун- тов, и расчет основания по несущей способно- сти на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий производить с ис- пользованием характеристик грунта в замочен- ном состоянии. Уточнение сейсмичности строительных пло- щадок зданий и сооружений по табл. 12.7 про- изводится без учета глубины заложения и типа фундамента. Устройство свайного фундамента оказывает благоприятное воздействие на сейс- мостойкость основания, однако сейсмичность площадки при этом не снижается. Табл. 12.8 учитывает влияние грунтовых условий в основании здания или сооружения на интенсивность сейсмических колебаний, вы- ражаемую в баллах, но это влияние сказыва- ется также и на частотном составе сейсмиче- Рис. 12.9. Зависимость коэффициента динамичности от периодов свободных колебаний зданий или соору- жений 1—111 — категории грунта ских колебаний, передаваемых от грунта зда- нию или сооружению, и на проявлении их резонансных колебаний, что учтено коэффици- ентом динамичности |3, зависящим от перио- дов собственных колебаний Т зданий или со- оружений (рис. 12.9): для грунтов I категории 1/Т(но не более 3); (12.47) для грунтов II категории Р = 1,1 /Т (но не более 2,7); (12.48) для грунтов III категории р = 1,5/Т (но не более 2). (12.49) Во всех трех случаях минимальные значе- ния Р принимаются равными 0,8. 12.2.3. Влияние упругой податливости основания на периоды свободных колебаний зданий и сооружений Влияние податливости основания на дина- мические характеристики здания (периоды и формы свободных колебаний) зависит от со- отношения жесткостей наземной и подземной частей здания (изгибной и сдвиговой жестко- сти конструкций наземной части здания и жесткости основания при сдвиге и повороте фундамента).
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов 279 .Упругая податливость основания при опре- делении периодов свободных колебаний зданий учитывается коэффициентом упругой податли- вости основания зависящим от отношения этих жесткостей к периоду свободных колеба- ний здания, определяемому в предположении абсолютно жесткой заделки здания в осно- вании. Изложенные ниже рекомендации по опре- делению периодов свободных колебаний рас- пространяются на все типы зданий и сооруже- ний, расчетная схема которых может быть представлена в виде консольного стержня с равномерно распределенной по высоте массой либо с различным числом сосредоточенных Рис. 12.10. Расчетная схема здании а — с равномерно распределенной массой М/77; б — с п сосредоточенными равными массами та, .... тп масс, включающих массу фундамента (рис. 12.10). Период свободных колебаний здания при учете податливости основания Т{ определяется по формуле (12.50) где Т . период свободных колебаний i-ro тона для зданий и сооружений с абсолютно жесткой заделкой в основании; %j —коэффициент упругой податливости основания. Коэффициент определяется по приведен- ным на рис. 12.11—12.13 кривым в зависимо- сти от параметров и, и и X, вычисляемым по следующим формулам: ky kx Н kx fop U _------------- у - —----—----; AGyw - AGHyw ' \lz.bl) % Ь El AGH~ yw где k __ и k — коэффициенты жесткости основания при упругом равномерном сдвиге п упругом нерав- номерном сжатии (повороте подошвы фундамента от- носительно продольной оси здания): Е и G—-модуль упругости и модуль сдвига материала стен; А и I — площадь и момент инерции поперечного сечения стен здания относительно продольной оси; Н — высота здания от планировочной отметки; fo и yw — коэф- фициенты, учитывающие влияние формы сечения и проемности стен. Для предварительной опенки параметры и, v и X могут быть определены по формулам: (12.52) где. а^До/Д; аа=/М; С, — коэффициент упругого равномерного сжатия грунта; Ь — ширина здания; .4() — площадь здания по внешнем»/ контуру фунда- мента; (% —коэффициент. принимаемый равным: для железобетонных зданий 30-104 Н/м2; для кирпичных зданий 3-Ю* Н/м2; у — коэффициент, принимаемый равным: для железобетонных зданий 0,1; для кир- пичных зданий 0,06. При «>5 и щ>5 податливость основания при определении периодов свободных колеба- ний зданий можно не учитывать. Погрешность при этом составляет не более 20 %. Коэффициенты жесткости основания kx и kq, необходимые для вычисления параметров и, v и X в формулах (12.51), для различных типов фундаментов определяются следующим образом: а) для фундаментов из перекрестных лент с учетом того, что отношение меньшего разме- ра выреза к ширине ленты для большинства жилых и общественных зданий, как правило, не превышает 10, значения коэффициентов kx и допускается определять как для сплош- ного фундамента с размерами, соответствую- щими размерам здания по внешнему контуру ленточного фундамента: ^ = 0,7СгД; (12.53) Ч = (12.54) где 40 и — площадь подошвы сплошного фундамен- та и се момент инерции относительно продольной оси; k — коэффициент формы фундамента, определяе- мый по рис. 12.14 в зависимости от отношения длины сплошного фундамента I к его ширине Ь', б) для фундаментов столбчатых при/,„/&< <2,5 (где lm — наименьшее расстояние между соседними фундаментами, а b — сторона фун- дамента в том же направлении) коэффициенты жесткости основания kx и /гф определяются как для сплошного фундамента по формулам (12.53) и (12,54); при Zm/6>2,5 коэффициенты жесткости следует определять как сумму жест- костей отдельных фундаментов в соответствии со схемой их расположения; в) для свайных фундаментов (с низким ростверком) коэффициенты жесткости kx и следует определять как для ленточных или столбчатых фундаментов в зависимости ст ти- па ростверка без учета жесткости свай или, при необходимости более точного расчета, по формулам, приведенным в п. 9.2.
280 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях Рис. 12.12. Значения коэффициента для зданий с двумя сосредоточенными массами Рис. 12.11. Значения коэффициента для зданий с равномерно распределенной массой и с числом сосре- доточенных масс больше двух Пример 12.5. Требуется определить период сво- бодных колебаний крупнопанельного здания с уче- том податливости основания. Расчетная схема зда- ния — консольный стержень с равномерно распреде- ленной по высоте массой. Высота здания Н=27 м; ширина 6 = 12 м; длина /=80 м; равномерно распре- деленная масса по высоте здания т = 3,5-102 кг/'м. Площадь стен здания в плане Д = 120 м2; момент инерции площади сечення стен здания 7=500 м4. Фундаменты ленточные (перекрестные) с расстояни- ем между поперечными осями 2,6 и 3,2 м и шириной ленты 0,4 м. Расчетная площадь подошвы фунда- мента, определенная как для сплошной плиты, Ло = = 960 м2; момент инерции площади подошвы фунда- мента /о=12-1О3 м4; коэффициенты проемности стен V_0-=O,64 и формы сечения стен /г, =2,4. Модуль упру- гости материала стен при сжатии £т=2-1010 Па, при сдвиге G=0,8-10’° Па. Грунт в основании здания представлен суглинком £=270-105 Па. Решение. Коэффициент упругого равномерного сжатия грунта определяем по формуле Сг = 60Е(1 +/10М) = — 1,2-270- 105 (1 +/То72бо) = 40-10е Н/м3, где 60= 1,2 (для суглинка), а площадь подошвы Д, принимается равной 200 м2. Коэффициенты жесткости основания находим по зависимостям (12.53) и (12.54) (при 6 = 4,55, опреде- ленному по рис. 12.14 при отношении сторон фунда- мента 7/6=6,65): kx = 0,7-40- 1О|5-96О = 27-10* Н/м; k = 4,55-40- 10б-12-103 — 218-1010 Н-м. Ф (12 (?аРаметРы и, о и % вычисляем по формулам 120-0,8.10[о.0,64 Рис. 12.13. Значения коэффициента Е,2 для зданий с равномерно распределенной массой и с числом со- средоточенных масс больше двух 2,4-218-1010 120-0,8-1010-27-0,64 120-0,8-101"-272-0,64 В соответствии с рис. 12.11 коэффициент подат- ливости основания для первой формы колебаний %i = =0,7. Период первого тона свободных колебаний зда- ния, определенный в предположении абсолютно жест- кой заделки основания с учетом деформаций изгиба и сдвига, равен Т 00=0,285 с. Период первого тона свободных колебаний здания с учетом податливости основания находим по формуле (12.50): Tt = 0,285/0,7 = 0,41 с.
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов 281 Рис. 12.14. Зависимость коэффициента k от отноше- ния длины фундамента к его ширине 12.2.4. Принципы расчета и требования по конструированию сейсмостойких оснований и фундаментов1 Обеспечение сейсмостойкости основания включает определение передающихся на фун- дамент нагрузок и последующий квазистатиче- ский расчет на эти нагрузки несущей способ- ности основания и фундамента с учетом сил инерции, возникающих в грунте при сейсмиче- ских колебаниях, и их влияния на несущую способность грунта. Предварительные размеры фундаментов и глубина заложения их подошвы определяются без учета сейсмических воздействий (в соответ- ствии с гл. 5) на основное сочетание нагрузок. Последующее уточнение размеров фундамен- тов с учетом сейсмических нагрузок осуществ- ляется расчетом несущей способности основа- ний и фундаментов в соответствии с указа- ниями данной главы. Глубина заложения фундаментов при грунтах I и II категории по сейсмическим свой- ствам (см. табл. 12.7) принимается такой же, как и для несейсмических районов. При грун- тах III категории по сейсмическим свойствам рекомендуется принимать специальные меры по устройству надежного основания, в том числе водопонижение и искусственное упрочнение грунтов (уплотнение, химическое закрепление и пр.). Для зданий повышенной этажности (более 5 этажей) глубину заложения фундаментов ре- комендуется увеличивать путем устройства подвальных этажей. Подвалы следует распо- лагать, как правило, под всем отсеком здания. При необходимости устройства подвалов под отдельными частями отсека должно соблю- даться условие симметрии расположения под- валов в плане относительно обеих горизон- тальных осей отсека. Переход от подвальной части здания к бесподвальной делается усту- пами. Фундаменты здания или его отсека, как 1 Пункт 12.2.4 составлен канд. техн, наук Л. Р. Ставницером. правило, должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных фундамен- тов смежных отсеков на разных отметках пе- реход от более углубленной части к менее углубленной делается уступами. Уступы долж- ны быть не болое 1:2, а высота уступа не должна превышать 60 см. Ленточные фунда- менты примыкающих частей отсеков должны иметь одинаковое заглубление на протяжении не менее 1 м от шва. При необходимости заложения на разных уровнях рядом стоящих столбчатых фундамен- тов следует выполнять условие (12.55) где \Н—разность отметок фундаментов; а — рас- стояние в плане от ближней границы дна котлована более заглубленного фундамента до края фундамента с меньшей глубинен заложения; ф — угол сдвига, оп- ределяемый по формуле tgлф = tg (ср ~ Дф)-h с/р, (12.56) здесь ф — расчетное значение угла внутреннего тре- ния грунта; Дф — условное уменьшение ф, учитываю- щее действие сил инерции грунта и принимаемое: при сейсмичности 7 баллов Дф = 2°, 8 баллов Дф = 4“ и 9 баллов Дф«72; с — расчетное значение удельного сцепления грунта: р—среднее давление под подош- вой расположенного выше фундамента при особом сочетании нагрузок. Столбчатые фундаменты под колонны, раз- деленные осадочным швом, должны распола- гаться на одном уровне. Все эти рекомендации не распространяют- ся на скальные основания. Если отдельные фундаменты колонн кар- касных зданий не могут воспринимать сдви- гающие усилия от сейсмической нагрузки, их необходимо соединять с соседними фундамен- тами. В качестве таких связей могут быть ис- пользованы фундаментные балки, над стыка- ми которых с фундаментами следует уклады- вать симметрично оси ряда сетки длиной .2 м из арматуры диаметром 8—10 мм с шагом продольных стержней 100 мм и поперечных 200 мм. Для зданий повышенной этажности (более 5 этажей) на основаниях из нескальных грун- тов рекомендуется устраивать фундаменты в виде перекрестных железобетонных лент или сплошной плиты. В фундаментах и стенах подвалов из крупных блоков должна быть выполнена пере- вязка кладки в каждом ряду, а также во всех углах и пересечениях. Глубина перевязки бло- ков принимается не менее */3 их высоты. Все вертикальные и горизонтальные швы необхо- димо тщательно заполнить раствором марки не ниже 25. В зданиях с расчетной сейсмично- стью 9 баллов углы и пересечения стен долж- ны быть усилены путем закладки в горизон- тальные швы арматурных сеток. По верху сборных ленточных фундаментов
282 Глаза 12. Проектирование фундаментов в особых условиях следует укладывать слой раствора марки 100 толщиной не менее 40 мм с продольной арма- турой диаметром 10 мм в количестве, завися- щем от расчетной сейсмичности: при 7 бал- лах— три стержня, при 8 баллах — четыре стержня и при 9 баллах — шесть стержней (или эквивалентное им по сечению число стержней других диаметров). Через 300— 400 мм продольные стержни должны быть свя- заны поперечными стержнями диаметром 6 мм. На скальных грунтах для зданий с рас- четной сейсмичностью 7 и 8 баллов не требу- ется выполнения дополнительных конструктив- ных мероприятий по увеличению сейсмостойко- сти сборных ленточных фундаментов и стен подвалов, за исключением случаев, когда эти мероприятия необходимы по расчету. Вечномерзлые грунты рекомендуется ис- пользовать в качестве основания, как правило, по принципу I согласно СНиП 11-18-76. При невозможности (по техническим или иным при- чинам) использования этих грунтов в качестве основания по принципу I допустимо их ис- пользовать по принципу II при условии опи- рания фундаментов на скальные, крупнообло- мочные и другие малосжимаемые грунты или на предварительно оттаявшие и при необходи- мости уплотненью или закрепленные грунты. При использовании в качестве основания пла- стичномерзлых грунтов их расчетное сопротив- ление сдвигу по поверхности смерзания с фун- даментом и расчетное сопротивление мерзлого грунта под нижним концом сваи или под по- дошвой столбчатого фундамента вычисляются с учетом понижающего коэффициента условий работы, который, в свою очередь, находят по СНиП 11-18-76. 12.2.5. Сейсмостойкость фундаментов на естественных основаниях 1 Расчет несущей способности оснований при особом сочетании нагрузок производится для обеспечения прочности скальных грунтов и устойчивости нескальных грунтов, а также ис- ключения сдвига фундамента по подошве и его опрокидывания. Выполнение этих условий пре- дусматривает сохранность строительных кон- струкций, выход из строя которых угрожает обрушением здания или его частей. При этом допускаются повреждения элементов конст- рукций, не угрожающие безопасности людей или сохранности ценного оборудования. Де- формации основания (абсолютные и неравно- мерные осадки, крены) могут превышать пре- дельные значения, допустимые при основном 1 Пункт 12,2.5. составлен канд. техн. наук Л. Р. Ставницером. сочетании нагрузок, и поэтому при особом-со- четании нагрузок с учетом сейсмических воз- действий расчету не подлежат. Расчет оснований по несущей способности производится на основании условия Nа Ус.еЧ и.еч!Уп> (12.57) где Na — вертикальная составляющая расчетной вне- центренной нагрузки в особом сочетании; и eq ~~ вертикальная составляющая силы предельного сопро- тивления оснсвания при сейсмических воздействиях; Тс еЧ — сейсмический коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0, 0,8 и 0,6 для грунтов соот- ветственно I, II и III категории по сейсмическим свойствам (см. табл. 12.7), причем для зданий и со- оружений, возводимых в районах с повторяемостью землетрясений 1, 2 и 3, значение т с eq следует ум- ножить на 0,85, 1,0 и 1,15 соответственно (повторяе- мость землетрясений в рассматриваемом районе оп- ределяется в соответствии с главой СНиП II-7-81); коэффициент надежности по назначению, при- нимаемый по указаниям гл. 5. Несущая способность (прочность) основа- ния из скальных грунтов определяется на вне- центренное действие вертикальной составляю- щей нагрузки. Наклон равнодействующей сил, приложенных к основанию при особом сочета- нии нагрузок, можно не учитывать при усло- вии выполнения расчета фундамента на сдвиг по подошве. При расчете несущей способности (потери устойчивости) основания из нескальных грун- тов необходимо учитывать возможность обра- зования в грунте поверхности скольжения, при этом соотношение между нормальными и ка- сательными напряжениями по всей поверхности скольжения должно соответствовать предель- ному состоянию грунта и характеризуется рас- четными значениями угла внутреннего трения и удельного сцепления. Несущая способность основания характе- ризуется предельной нагрузкой, соответствую- щей потере устойчивости грунта при сейсмиче- ских колебаниях. При вычислении этой на- грузки должны быть учтены не только напря- жения в грунте от его собственного веса и внешних нагрузок на основание, но и динами- ческие напряжения, возникающие при распро- странении сейсмических волн и обусловленные действием объемных сил инерции грунта. Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается лишь при проверках устойчивости зданий на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента, что почти всегда удовлетворяет- ся. Проверка на сдвиг по подошве является обязательной при наличии длительно дейст- вующих горизонтальных нагрузок в основном сочетании. В этом случае учитывается трение подошвы фундамента о грунт, а коэффициент надежности, представляющий собой отношение удерживающих и сдвигающих сил, принимает- ся равным не менее 1,5. При общепринятом в теории сейсмостой-
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов 283 кости сооружений горизонтальном направлении сейсмических сил инерции грунта, расположен- ного выше и ниже подошвы фундамента, ор- Рнс. 12.15. Эпюра предельного давления под подош- вой фундамента динаты эпюры предельного давления под края- ми подошвы фундамента (рис. 12.15) опреде- ляются по формулам: , С1 + (12.58) (12-59) где lf,lc4lv — коэффициенты, зависящие от соотношения сторон подошвы прямоугольного фунда- мента; F\, F: и Fa — коэффициенты, определяемые по рис. 12.16 в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения <р(; TjH Vj —соответст- венно расчетные значения удельного веса слоев грун- та, находящихся выше и ниже подошвы фундамента (в необходимых случаях определяются с учетом взвешивающего действия подземных вод); d—глуби- на заложения фундаментов (при неодинаковой вер- тикальной пригрузке с разных сторон фундамента Рис. 12.16. Зависимости Flt F2 и Fa от угла внутрен- него трения принимается значение d со стороны наименьшей при- грузки, например со стороны подвала); Ь — ширина подошвы фундамента; — расчетное значение удельного сцепления грунта; k eq —коэффициент, значение которого принимается равным 0,1 при рас- четной сейсмичности 7 баллов; 0,2 при 8 баллах и 0,4 при 9 баллах. Коэффициенты влияния соотношения сто- рон подошвы фундамента вычисляются по сле- дующим выражениям: 1 + 1,55/1; 1+0,35/1; (12.60) = 1 - 0,256/1, где I — длина фундамента в направлении, перпенди- кулярном расчетному. Формулы (12.60) применимы при условии 1>5/1>0,2. Если 5/1<0,2, фундамент следует рассчитывать как ленточный. Если 6/1>1, ко- эффициенты влияния соотношения сторон при- нимаются: ^ = 2,5; §с=1,3; ^-0,75, (12.61) однако при этом необходимо произвести до- полнительную проверку устойчивости основа- ния в поперечном направлении. Для ленточных фундаментов следует счи- тать В? ——=1- Эксцентриситет расчет- ной нагрузки еа и эксцентриситет эпюры пре- дельного давления еп определяются выраже- ниями: ea — Ma/Na°, (12.62) b Ръ — Ро еп — с | ’ 6 РЪ + Ро где Na и Ма "—вертикальная составляющая расчет- ной нагрузки и момент, приведенные .< подошве фун- дамента при особом сочетании нагрузок. Величины еа и еп рассматриваются с оди- наковым знаком, т. е. направлены в одну сто- рону от вертикальной оси симметрии фунда- мента, так как минимум несущей способности основания наблюдается при сдвиге в сторону, противоположную эксцентриситету нагрузки. При ва<.еп предельное сопротивление ос- нования находится по формуле Nu.eg =4“^(Ро + Рь)- (12.64) (12.63) При еа>еп учитывается не вся эпюра пре- дельного давления, ординаты которой опреде- лены по формулам (12.58) и (12.59), а лишь усеченная ее часть, показанная на рис. 12.15 пунктиром. Максимальная ордината ръ этой усеченной эпюры совпадает с исходной, а ми- нимальная р' имеет меньшее значение, чем р0, и вычисляется по формуле , 1 — Ьеа1Ь р * (12‘65) 1 —р Ь(?а/О которая получена таким образом, чтобы экс- центриситет усеченной эпюры предельного дав- ления совпадал с заданным' эксцентриситетом
234 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях (12.66) нагрузки. Погрешность расчета при этом приеме идет в запас прочности основания, так как усеченная эпюра находится в пределах теоретической. После подстановки в формулу (12.64) вместо ро выражения (12.65) получаем форму- лу нижней границы предельного сопротивления основания при еа>еп: N ~.ь!.ръ_ u'eq \+§еа!Ь При расчете сейсмостойкости для ленточ- ного фундамента нагрузка и несущая способ- ность в формуле (12.57) определяются для еди- ницы его длины (1=1). При расчете оснований и фундаментов на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмиче- ских воздействий допускается неполное опира- ние подошвы фундамента на грунт (частичный отрыв), если выполнены следующие условия: эксцентриситет расчетной нагрузки не пре- вышает одной трети ширины фундамента в плоскости опрокидывающего момента еа^Ь/3- (12.67) расчет несущей способности основания производится для условной ширины фундамен- та Ьс, равной ширине зоны сжатия под подош- вой фундамента (при е0>6/6) Ьс= 3(Ы2-—еа)', (12.68) максимальное расчетное напряжение под подошвой фундамента <зтах, вычисленное с уче- том неполного опирания фундамента на грунт, не должно превышать краевой ординаты эпю- ры предельного давления 2Л/а атах ~ п <' Ръ> (12.69) где р ъ—определяется по формуле (12.59), но для фундамента, имеющего условную ширину Ь с. Эксцентриситеты нагрузки и треугольной усеченной эпюры предельного давления при частичном отрыве подошвы фундамента совпа- дают и равны &с/6, поэтому формула (12.66) имеет вид: Nu.eq = blpb/2. (12.70) При одновременном действии на фунда- мент системы сил и моментов во взаимно пер- пендикулярных вертикальных плоскостях рас- чет несущей способности основания на особое сочетание нагрузок производится раздельно на действие сил в каждом направлении, незави- симо друг от друга. Пример 12.6. Рассчитать несущую способность ос- нования ленточного фундамента. По расчету на ос- новное сочетание нагрузок ширина подошвы фунда- мента принята 6=6 м при глубине заложения Ц=2 м. Фундамент опирается на основание, сложенное пыле- ватым влажным песком, для которого определены следующие значения расчетных характеристик: удель- ный вес грунта у j = 1,5 • 104 Н/м3; угол внутреннего трения фу =26°; удельное сцепление ci=0,4-104 Н/м2; удельный вес насыпного грунта выше подошвы фун- дамента Vj = 1,2-10* Н/м3. При особом сочетании на- грузок с учетом сейсмического воздействия интенсив- ностью 9 баллов к подошве фундамента приложены вертикальная нагрузка Л/ =104-10* Н/м, горизонталь- ная нагрузка 7= 13-10* Н/м и момент М О=98Х ХЮ4 Н-м/м. Необходимо рассчитать основание по первому предельному состоянию. Решение. По рис. 12.16 определяем: /71==12; F2=- = 8,2; />=16,8 и принимаем keq =0,2. Ординаты эпю- ры предельного давления под краями подошвы лен- точного фундамента вычисляем по формулам (12.58) и (12.59): р0 = 1-12-1,2-10*-2-|- (12 — 1) 0,4-10*/0,49 = 45-10* Н/м2; Ръ = 45-10* + 1-1,5-10*-6 (8,2-0,2-16,8) = =80,3-10* Н/м2. Эксцентриситеты расчетной нагрузки и эпюры предельного давления находим по формулам (12.62) и (12.63): 104-10* 6 (80,3 — 45) 10* 6 (80,3 + 45) 10* Величина еа<6/6, следовательно, подошва фунда- мента опирается на грунт полностью. Так как с предельное сопротивление осно- вания определяем по формуле (12.66): N _J±^_ = 248.io<h/m. j + 6-0,94/6 Принимаем V с eq =0-8 и по формуле (12.57) окончательно получаем: Na == 104-Ю4 Н/м < 0,8-248-104/1,2 = 166-Ю4 Н/м. Следовательно, принятые по расчету на основное сочетание нагрузок размеры фундамента со значи- тельным запасом удовлетворяют проверке по перво- му предельному состоянию при особом сочетании на- грузок. Пример 12.7. Рассчитать несущую способность ос- нования столбчатого фундамента, подошва которого имеет размеры 6=2,8 м, 1—4,4 м и ча глубине d = = 1,8 м опирае,ся на основание, сложенное ’линистым грунтом, имеющим следующие расчетные* характери- стики: у т =-1,63• 104 Н/м3; <pI=23°; C! = l,2-10* Удельный вес грунта выше подошвы фундамента =1,55-10* Н/м3. Основание рассчитываем по перво- му предельному состоянию на особое сочетание на- грузок с учетом сейсмичности 7 баллов. К основанию фундамента приложены вертикальная нагрузка Ма— = 296-10* Н, горизонтальная нагрузка Г=38-10* Н и момент М а =215-10’ Н-м. Решение По формуле (12.62) определяем эксцен- триситет расчетной нагрузки; 215-10* ----------= 0,73 м. 296-10* а Условие (Г1.67) при этом выполняется (е а<6/3 = = 0,93 м), однако есть частичный отрыз подошвы, так как еа >6/6=0,47 м, поэтому в соответствии с фор- мулой (12,681 расчет необходимо проводить для ус- ловной ширины фундамента 6С = 3 (2,8/2 — 0,73) = 2,01 м. По рис. 12.16 и по формулам (12.60) находим: ^ = 8,4; F2 = 5,4; F, = 12,7; g = 1 + 1,5-2,01/4,4 = 1,69; gc = l J- 0,3 - 2,01/4,4 = 1,14; ? = 1 — 0,25-2,01/4,4 = 0,89. Ординаты эпюры предельного давления при keq =0,1 вычисляем по формулам (12.58) и (12.59):
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов 285 Pj — 1,69.8,4-1,55-10*-1,8 4- 1,14 (8,4 — 1) 1.2-10*/0,42 = = 65,9-10* Н/м2; р, = 65,9-10* -4- 0,89.1,63.10*.2,01 X о ’ X (5,4-0,1-12,7) =77,4-10* Н/м2. Максимальное напряжение под краем подошвы фундамента по формуле (12.69) ° max 2-296-10* 3-4,4 (2,8/2 — 0,73) = 67,4-10* Н/м2 <рь, т. е. условие (12.69) выполняется. Находим по формуле (12.63) элецентриситет эпю- ры предельного давления: п 6 (77,4 + 65,9)10* При еп<е а предельное сопротивление основания вычисляем по формуле (12.70): N = 2,01-477,4-1О‘/2 = 342-10* Н. U -eq 1 ' . Принимая у с eq «0,8-1,15=0,92 и yn = l,15, полу- чаем: N = 296-10* Н> 0,92-342-10*/1,15 =274*10* Н. Следовательно, устойчивость основания не обес- печена и требуется увеличить размеры фундамента. Принимаем Ь=3 м, оставляя другие размеры фун- дамента прежними. Тогда г>с=3 (3/2 —0,73) = 2,31 м; 5^ = 1 + 1,5-2,31/4,4 = 1,79; £с = 1 + 0,3-2,31/4,4 = 1,16; £ = 1 — 0,25-2,31/4,4 = 0,87; V р0 = 1,79 8,4-1,55-10*-1,8 + 1,16 (8,4 — 1) X X 1,2-10*/0,42 = 68,6-10* Н/м2; Ръ = 68,6-10* + 0,87-1,63-10*.2,31 (5,4 -0,1-12,7) = = 81,4-10* Н/м2; ° max 2,31 9.9Of> . 1 (U . =58,3-10* Н/м2 < р,; 4,4-2,31 ° (81,4 — 68,6)10* —1 -----------------= 0,034 м < е (81,4 + 68,6) 10* N ' „ = 2,31-4,4-81,4-10*/2 = 414-10* Н; u.eq ' 7Va = 296-10* Н <0,92-414-10*/!, 15 = 330- 10* Н, т. е. в этом случае надежность основания доста- точна. Примечание. При изменении ширины по- дошвы столбчатого фундамента в примере расчета не учтено некоторое возрастание вертикальной на- грузки, так как в данном случае оно относительно мало и не приводит к нарушению условия (12.57) при ширине подошвы 3 м. 12,2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов Область применения свайных фундаментов в сейсмических районах в основном та же, что и в несейсмических, т. е. свайные фундаменты в условиях сейсмики применяются в аналогич- ных грунтах и для тех же нагрузок на фунда- менты, что и в несейсмических районах. Как и в статических условиях, для принятия оконча- тельного варианта фундамента для сейсмиче- ских районов необходимо провести технико- экономическое сравнение вариантов. При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах нижние концы свай следует опирать на скальные грунты, крупно- обломочные грунты, плотные и средней плот- ности песчаные грунты, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты. Опирание нижних концов свай в сейсмических районах на рыхлые водонасыщенные пески, глинистые грунты мягкопластичной, текучепластичной- и текучей консистенции не допускается. Опирание свай на наклонные пласты скаль- ных и крупнообломочных пород допускается в том случае, если устойчивость при сейсмиче- ских воздействиях массива- грунта, располо- женного на указанных породах, обеспечивает- ся не за счет свайного фундамента и если при этом исключается возможность проскальзыва- ния нижних концов свай. Допускается опира- ние свай на плотные и средней плотности во- донасыщенные пески, при этом их несущая способность, как правило, должна определять- ся по результатам полевых испытаний свай на имитированные сейсмические воздействия. Величина заглубления в грунт свай в сейс- мических районах должна быть не менее 4 м, за исключением случаев их опирания на скальные грунты. Набивные сваи в сейсмических районах следует устраивать в маловлажных устойчи- вых связных грунтах при диаметре свай не ме- нее 40 см и отношении их длины к диаметру, не более 25. При этом необходимо вести стро- гий контроль за качеством изготовления свай, гарантирующий точное соответствие их фор- мы и размеров с проектом. Как исключение допускается прорезание слоев водонасыщен- ных грунтов с применением извлекаемых об- садных труб или глинистого раствора. В струк- турно-неустойчивых грунтах применять набив- ные сваи можно только с обсадными оставляе- мыми трубами. Армирование набивных свай в сейсмических районах является обязательным, при этом минимальный процент армирования должен приниматься равным 0,05. При проектировании фундаментов из на- бивных свай в сейсмических районах предпоч- тение следует.отдавать набивным сваям, при изготовлении которых в их основание втрамбо- вывают щебень, гравий, жесткий бетон и т. п. А. РАСЧЕТ ЗАБИВНЫХ И НАБИВНЫХ СВАЙ Расчет свайных фундаментов зданий и со- оружений с учетом сейсмических воздействий производится на особое сочетание нагрузок (включая сейсмическое воздействие) по пре- дельному состоянию первой группы и преду- сматривает: определение несущей способности свай на вертикальную нагрузку; проверку свай по сопротивлению материа-
286 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях ла на совместное действие расчетных усилий: нормальной силы, изгибающего момента и пе- ререзывающей силы; проверку устойчивости свай по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи. Для фундаментов с высоким свайным ростверком расчетные значения сейсмических сил следует определять как для зданий или со- оружений с гибкой нижней частью, увеличи- вая коэффициент динамичности |3(- (определяе- мый согласно требованиям главы СНиП 11-7-81) в 1,5 раза, если период колебаний ос- новного тона составляет 0,4 с и более. При этом значение коэффициента динамичности |3t должно быть не более 3 и не менее 1,2. Для свай-стоек несущая способность на действие вдавливающей нагрузки определяет- ся так же, как и в условиях статики, без вве- дения понижающих коэффициентов. Несущая способность Ф р забивной приз- матической и набивной сваи, работающей на осевую сжимающую нагрузку, с учетом сейс- мических воздействий определяется по фор- муле ТАБЛИ.ЦА 12.8. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ И yegi ДЛЯ ЗАБИВНЫХ (НАД ЧЕРТОЙ) И ДЛЯ НАБИВНЫХ (ПОД ЧЕРТОЙ) СВАЙ Грунты Коэффи- циент Значения коэффи- циентов при расчет- ной сейсмичности, баллы 7 8 9 Маловлажные 0,95 0,85 0,75 V И V Yeq Yeqt пески средней плотности и плот- ные — Глинистые с кон- систенцией: 1 0,95 0,85 твердой — —— eq 1 0,95 0,8 0,95 0,9 0,85 полутвердой ''eq И ^e4i и тугопластич- 0,9 0,8 0,65 ной 0,85 0,86 0,7 мягкопла- - ' стичной 0,8 0,7 0,6 0,75 0,7 0,6 текучепла- ^eqi - '• стичной 0,75 0,65 0.5 фс (л? Y/? 4- ир 2 Veqi 4f ft lpt, p (12.71) где v c—коэффициент условий работы сваи в грун- те, принимаемый равным 1; 7?расчетное сопротив- ление щадь щади грунта под нижним концом сваи; А р—пло- опирания на грунт сваи, принимаемая но ило- поперечного сечения сваи брутто или по пло- щади поперечного сечения камуфлатного уширения по его наибольшему диаметру; и - наружный не- .р рнметр поперечного сечения сван; ) — расчетное со- противление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи (учитывается, начиная с глубины h ; / . — толщина г-го слоя грунта, соприкасаю- щегося с боковой поверхностью; ? eq, — коэф- фициенты условий работы, учитывающие влияние сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи в Z-м слое грунта (табл. 12.8); hр — глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на бо- ковой поверхности сваи; d р— глубина погружения где а —коэффициент деформации, м 1, системы «свая—грунт»; при расчете свайных фундаментов на особое сочетание нагрузок с учетом сейсмических воздействий определяется по результатам выполняе- мых форсированным методом испытаний одиночных свай горизонтальной статической нагрузкой; при прорезании сваями однородных слоев грунта с по- верхности до глубины не менее 4 м можно опреде- лять коэффициент а р по указаниям гл. 8; F ft—F + (здесь Ffl и М — расчетные значения гори- зонтальной силы и изгибающего моулента, приложен- ных к свае на уровне поверхности грунта); s,i, ъз- %4-— безразмерные коэффициенты (габл. 12.9); — расчетный угол внутреннего трения, принимаемый пониженным на следующие величины: для расчетной сейсмичности 7 баллов — на 2 град; 8 баллов — иа 4 град; для 9 баллов — на 7 град; b р — условная ширина поперечного сечения сваи, принимаемая для свай с диаметром ствола от 0,8 м и более Ьр=Ьрл_ Г -т-1 м, для остальных размеров сечений свай b = 1,5Ь„+0,5 м; & _ - наружный диаметр круглого или Р Р сторона квадратного сечения сваи. сваи в грунта грунт; — коэффициенты условий работы соответственно под нижним концом и на бо- ковой поверхности сваи, учитывающие влияние спо- соба погружения или устройства свай на расчетные сопротивления грунта. Глубина, до которой не учитывается соп- ротивление грунта на боковой поверхности сваи, определяется по формулам; для забивной сваи hp = ^/ad- (12.72) для набивной сваи (hp принимается не бо- ле ^i/ои) 0,2^ / 2,5а g Г* cosq)! \ /j ------- । _ j 1 1 £3 , , I \ bp tg tpT / (12.73) ТАБЛИЦА' 12.9, ЗНАЧЕНИЯ БЕЗРАЗМЕРНЫХ коэффициентов е,2, И Свая Коэффициент Значения коэффици- циентов при приве- денной глубине по- гружения сваи 2 3 >4 Свободно стоящая или защемленная в высокий ростверк Й 1з 1,5 ' 1,66 0,60 2,1 1,2 0,42 2,5 0,98 0,45 Защемленная в низ- кий ростверк, исклю- чающий возможность поворота головы сваи & — 2,5 0,72 1,2 3,1 0,65 1,2 Приведенная глубина погружения опреде- ляется по формуле
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов 287 < = (12.74) где d р— глубина погружения сваи в грунт; для свай с уширенной пятой — расстояние от поверхности грунта до начала уширения, если отношение диамет- ра уширения к диаметру ствола сваи не менее 1,5, в противном случае — расстояние от поверхности грунта до подошвы уширенной пяты. Коэффициент деформации находится сле- дующим образом: ««=]/ 4г ’ (12-75) где К — коэффициент пропорциональности, принимае- мый в зависимости от вида грунта, окружающего сваю, по указаниям гл. 8; Е1 — жесткость поперечно- го сечения сваи. Для грунтов, которые не указаны в табл. 12.9, но в которых могут быть применены сваи, рекомендуется проводить испытания свай ими- тированными сейсмическими воздействиями; Несущую способность любых видов свай на выдергивающие нагрузки с учетом сейсмиче- ских воздействий следует определять только по результатам полевых испытаний свай имитиро- ванными сейсмическими воздействиями. При расчете свайных фундаментов с уче- том сейсмических воздействий проверка устой- чивости грунта по условию ограничения дав- ления, передаваемого на грунт боковыми по- верхностями свай, должна выполняться в лю- бом случае независимо от размеров сваи и ви- да грунта, окружающего сваю: при этом зна- чения расчетного угла внутреннего трения cpi принимаются уменьшенными, так же как и в формуле (12.73). Расчетные усилия в сваях, а также дав- ление, передаваемое на грунт боковыми по- верхностями свай, при особом сочетании нагру- зок определяются в соответствии с указания- ми гл. 8. Для наиболее распространенной конструк- ции свайного фундамента, имеющей жесткое сопряжение сваи с ростверком при приведен- ной длине б?р>-2, максимальные значения из- гибающего момента и поперечной силы опре- деляются по формуле = П2-76) Qmax — Fhi (12.77) а максимальные напряжения в грунте на глу-. бине z=l,2/ad — по формуле ст —a a,F./b', (12.78) max р d h Р ' ' г Re Fh—горизонтальная расчетная нагрузка, прихо- дящаяся на сваю на уровне подошвы находящегося на грунте ростверка; ат, ар— коэффициенты, значе- ния которых зависят от приведенной глубины погру- жения сваи: а =1,06 и а =0,73 при <Д=2; а =0,93 т р р т и а р=0,65 при dp-^- Влияние эксцентриситета вертикальной на- грузки на усилия в свае в зависимости от ус- ловий сопряжения свай с ростверком учиты- вается следующим образом: а) для свай, защемленных в низкий рост- верк, исключающий возможность поворота го- ловы сваи, расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы умножаются на ко- эффициент тр, определяемый по формуле 1 Cll = j4£} Cq/Bq Bq, (12.79) где Ло, Ва и С. — коэффициенты, принимаемые по табл. 2 приложения к СНиП 11-17-77: б) для свай, защемленных в высокий рост- верк, конструкция которого исключает возмож- ность поворота головы сваи, расчетные значе- ния изгибающего момента и поперечной силы умножаются на коэффициент т|?г, вычисляемый по зависимости ~ l~-aiNp/(a2EI) ’ (12"80) где «4 Я1 = а3 — а2 а*, а2 = —? ^O'ad “Г ‘о “з = + 2Д, 'X + Со '<,/% + % = + С„ + Zg/2; в) для свай, защемленных в низкий рост- верк, конструкция которого не исключает воз- можности поворота головы сваи, расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы, действующие на глубине z в сечении сваи, определяются по формулам: М' = М + т],N Jуп — ~~); (12.81) z г 1 lq р \^0 I х ? Q' = Q+ <XT] N (Алвп-~В1СЛ+Сл) ^2 ^-2 • d lq р \ i О 4 0 1 4/> (12.82) где ___ 1 '-УЛИ ’ (12.83) i/о — горизонтальное перемещение сваи на уровне по- верхности грунта, соответствующее нагрузке F ° г —боковое давление на грунт на глубине z; г) для свай, защемленных в высокий рост- верк, конструкция которого не исключает воз- можности поворота головы сваи, расчетные значения изгибающих моментов и поперечной силы, действующие на глубине в сечениях сваи ниже поверхности грунта, вычисляются ио формулам (12.81) и (12.82), где внешние воз- действия принимаются равными внутренним усилиям в свае на уровне поверхности грунта Л10и F
288 Глава 12. Проектирование фундаментов в особых условиях м1} = М -I- F, L + N п, « 1 — — ° h 0 11 llCi 'Д El) ~ Уо ; (12.84) 4=^, о2-85) где и г — горизонтальное перемещение сваи на уров- не подошвы ростверка; Чм = -------„-Д. (12.86) 1 6Z4 N р / (ЕI) Для наиболее распространенной конструк- ции свайного фундамента в сейсмических райо- нах, когда сваи защемлены в низкий ростверк и возможность поворота головы сваи исключе- на, максимальные значения изгибающего мо- мента Л4^ахи поперечной силы Qmax в сечении сван на уровне подошвы находящегося на грунте ростверка можно определять по форму- лам: М* = ----------- ; . l-^N^El] Q ______________ хтпах — / п ч у (12.87) (12.88) где ат = Л А3 (0) - Вп Сг (0) 4- О3 (0). (12.89) Для забивных призматических свай, имею- щих наибольшее распространение в промыш- ленном и гражданском строительстве, эти вы- числения были выполнены, и здесь приведены значения коэффициентов ат и щ для двух значений приведенной глубины. Для промежу- точных значений dp коэффициенты можно оп- ределять по интерполяции. Коэффициенты ат и щ в формулах (12,89) и (12.79) зависят от приведенной глубины по- гружения сваи: ат = 1,06 и а,= 1,04 при d' =2; ата = 0,93 и щ=1,01 при d ' — 4. р. р. Испытания одиночной сваи горизонтальной статической нагрузкой для определения коэф- фициента деформации ad производится без ус- ловной стабилизации перемещения на каждой ступени нагрузки, т. е. форсированным методом при постоянной скорости возрастания нагруз- ки с интервалом ее действия на каждой ступе- ни 5 мин. Ступень нагрузки принимается рав- ной 1/10—1/12 предполагаемой предельной на- грузки в испытаниях, при достижении которой горизонтальное перемещение сваи начинает не- прерывно возрастать без увеличения нагрузки. Коэффициент деформации ad, м-1, по ре- зультатам испытаний горизонтальной статиче- ской нагрузкой, приложенной на уровне по- верхности грунта к одиночной свае, нижний конец которой не заделан в скалу, определя- ется по формуле ad= (A$ + B)/dp, (12.90) где ₽ = dp ]/"....p'V ; <12'91) г Уо Ebt dp нагрузка, меньшая на. одну ступень, чем пре- дельная при испытаниях; Е —начальный модуль упругости бетона сваи при сжатии и растяжении, принимаемый з соответствии с главой СНиП 11-21-75; А, В — коэффициенты, значения которых зависят от величины |3: /1=1,34 и 0=0 при Р>-3; Д = 1,14 и .0=0,67 при Р<3. Проверка условий ограничения давления, передаваемого поверхностями сваи на грунт при особом сочетании нагрузок с учетом сейс- мических воздействий, выполняется по следую- щей формуле: ffz С о> — оа, (12.92) где ОрИ оа — пассивное и активное давление грун- та. Для наиболее распространенной конструк- ции свайного фундамента в сейсмических райо- нах, когда сваи с приведенной глубиной погру- жения dp>2 защемлены в низкий ростверк, ис- ключающий возможность поворота головы сваи, давление, оказываемое боковыми поверх- ностями сваи на грунт, достигает максималь- ного значения на глубине z=l,2/ad и опреде- ляется по уравнению — аР rJ’d Fh ________1 _________ QmaX” bp \-aiNI^EbtI)' (12.93) Несущая способность сваи Ф(;ч, работаю- щей на сжимающую нагрузку, по результатам полевых испытаний должна определяться с учетом сейсмических воздействий по формуле Фе9-йсФ, (12.94) где Ф — несущая способность сваи, определенная по результатам статических или динамических испыта- ний либо по данным статического зондирования грун- та (без учета сейсмических воздействий); kc—коэф- фициент, равный отношению значений несущей спо- собности сваи Ф, полученных вычислениями с уче- том сейсмических воздействий и без их учета. Для забивных призматических свай и свай- оболочек, а также для набивных свай, приме- няемых в грунтовых условиях, для которых значения коэффициента yeq приведены в табл. 12,9, коэффициент kc, характеризующий сни- жение несущей способности сваи при сейсми- ческих воздействиях, можно определить по вы- ражению 95) р где Ф eq нФ — несущая способность сваи на вер- тикальную сжимающую нагрузку, определяемая вы- числениями, с учетом и без учета сейсмических воз- действий. В случае применения набивных свай, за- бивных призматических свай и свай-оболочек
12.2. Сейсмостойкость оснований и фундаментов в грунтовых условиях, не указанных в табл. 12.9, а также в случае применения других свай, коэффициент kc следует определять по результатам полевых испытаний свай имитиро- ванными сейсмическими воздействиями по фор- муле = (12.96) где Vi, у2 — коэффициенты, учитывающие снижение несущей способности сваи на вертикальную нагруз- ку при изменении напряженного состояния грунта в процессе прохождения сейсмических волн и при го- ризонтальных динамических воздействиях от раска- чивания сооружения. Коэффициент у1 определяется по резуль- татам испытаний на сейсмовзрывные воздей- ствия свай, загруженных вертикальной стати- ческой нагрузкой; коэффициент у2 — по резуль- татам испытаний на горизонтальные динамиче- ские воздействия свай, загруженных верти- кальной статической нагрузкой. Испытания свай и определение коэффициентов yi и у2 про- изводятся по специальной методике. Расчеты свайных фундаментов с учетом сейсмических воздействий в просадочных грун- тах, когда возможен подъем уровня природных вод в процессе эксплуатации зданий и соору- жений, а также неизбежно по технологическим или другим условиям замачивание основания, должны проводиться применительно к полно- стью замоченному просадочному грунту в пре- делах прогнозируемого уровня подъема вод, а в случае возможности только местного ава- рийного замачивания части грунта просадочной толщи — применительно к состоянию просадоч- ных грунтов природной влажности (без учета возможности их аварийного замачивания). Пример 12.8. Требуется рассчитать на особое со- четание нагрузок с учетом сейсмических воздействий свайный фундамент секции крупнопанельного здания при расчетной сейсмичности 8 баллов. Сваи длиной 10 м и площадью сечения 30X30 см^из бетона мар- ки М. 300 с ненапрягаемой арматурой забиты дизель- молотом на глубину 9,5 м. Верхние концы свай жест- ко заделаны в ростверк, исключающий возможность поворота голов свай. Вертикальная и горизонтальная нагрузка на уровне поверхности грунта на сваю при особом сочетании нагрузок составляет соответственно дг=540 кН и Q = 45 кН, изгибающий момент М= =260 кН-м С поверхности на глубину 4 м залегает слой мяг- копластичногс суглинка (у j=l,8 т/м3; ф1=14°; с т= = 16 кН/м2; е=0,85: =0,55), затем на глубину 4,5 м— тугопластичная глина Су =1,9 т/м3; 44=22°; с г~ = 57 кН/м2; <?=0,65; 7 =0,30) и ниже—крупный пе- сок (Vj = 2 т/м3; ф1=31°; с т =1,5 кН/м2; е=0,55), раз- веданный до глубины 7 м. Решение. Определяем коэффициент деформации по формуле (12.75) при следующих данных: на- чальный модуль упругости бетона Е = 2,6-107 кН/м2, момент инерции сечения /=0,34/12 = 6,75-Ю~4 м4, ус- ловная рабочая ширина сваи b =1,5-0,3+0,5=0,95 м, коэффициент пропорциональности для верхнего слоя грунта (мягкопластичного суглинка) К=4500 кН/м4. Тогда, подставив в формулу (12.75) численные значе- ния, получим: а ^=0,76 м _"1. Длину верхнего участка сваи, вдоль которого со- противление грунта на боковой поверхности не учи- тывается, находим по формуле (12.72): 19=213 й = 4/0,76= 5,3 м. Учитывать боковое сопротивление начинаем с глу* бины 5,3 м. Несущую способность сваи на осевую сжимающую нагрузку с учетом сейсмических воздействий вычис- ляем по формуле (12.71): Фед = 1,0 ( 0,85.1,0-724.0,09 4- 1,2-1,0) (0,9-4,2-2,04- 4- 0,9-4,4-1,2 4- 0,85-6,34.1,0) = 765 кН. Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, 765/1,4 = 547>540 кН, что удовлетворяет требованиям расчета. Усилия в свае определяем по формулам (12.87) и (12.88): МЬ -- °’93'45 1 пгах 0,76 1 - 1,01-540/(0,76+ 16,9) = 58 кН • м; 1 — 1,01-540/(0,72+ 16,9) = 48 кН. Проверку сэчений железобетонной сваи по сопро- тивлению материала необходимо выполнить как для внецентренно сжатого элемента. Проверяем условие ограничения давления, переда- ваемого на грунт боковыми поверхностями сваи. Максимальное значение давления определяем по формуле (12,93) (приведенная глубина погружения сваи d >4, коэффициент а =0,65): <з — max 0,65-3.76-45 . rw? ол -7 и/ ° — — 1,06 = 24,7 кН/м-. 0,95 Максимального значения давление достигает на глубине 3 = 1,2/0,76=1,59 м. При проверке условия ог- раничения давления по формуле (12.92) воспользуем- ся выражением (14) приложения к СНиП 11-17-77. Для верхнего слоя грунта (мягкопластичного суглин- ка) с учетом указаний п. 12.6 СНиП П-17-77 об уменьшении ф на 4° при сейсмичности 8 баллов при- нимаем ф=14—4=10°. Тогда 4 24,7 кН/м2 < —- (1,8-1,59-0,18 4- 0,3-1,6) 10 = 0,98 = 42 кН/м2. что удовлетворяет требованиям расчета. Б. ИСПЫТАНИЯ СВАЙ ИМИТИРОВАННЫМИ СЕЙСМИЧЕСКИМИ ВОЗДЕЙСТВИЯМИ Несущая способность сваи на осевую сжи- мающую или выдергивающую нагрузку по ре- зультатам полевых испытаний имитированны- ми сейсмическими воздействиями определяется по формуле (12.97) где k с — коэффициент, характеризующий снижение несущей способности сваи при сейсмических воздейст- виях: вычисляется по выражению (12.96). Коэффициент yi находят по результатам испытания свай, загруженных вертикальной статической нагрузкой, на сейсмовзрывные воз- действия. Испытания проводятся в следующем порядке. С помощью гидравлического домкрата сваю загружают безынерционной осевой вдав- ливающей ступенчато возрастающей нагрузкой с условной стабилизацией затухания осадки, согласно требованиям ГОСТ 5686—78, до ве- личины Агр0, при которой осадка головы сваи достигает значения 40 мм, соответствующего требованиям СНиП 11-17-77. Перед началам
да Глава J2. Проектирование фундаментов в особых условиях загружения между домкратом и упорной кон- струкцией устанавливают виброизолятор (пру- жины или катки). Не позднее чем через 24 ч после оконча- ния стабилизации осадки при нагрузке ЛГра производят короткозамедленный взрыв заря- дов взрывчатого вещества, вызывающий сей- смовзрывное воздействие требуемой интен- сивности. Заряды располагают в скважинах на определенном расстоянии от испытываемых свай с соблюдением правил техники безопас- ности и обеспечением безопасности существу- ющих зданий. Продолжительность сейсмо- взрывного воздействия при испытаниях долж- на составлять не менее 7 с. Промежуток вре- мени между взрывами отдельных зарядов ВВ назначается по записям контрольных взры- вов в зависимости от затухания колебаний от момента вступления волны с максимальной амплитудой до момента, когда амплитуда ко- лебаний от одного взрыва уменьшится не ме- нее чем вдвое. Ориентировочно этот проме- жуток времени t может быть принят в пре- делах 2T^t~ЗТ (где Т — период колебаний грунта возле опытных свай). В процессе испытаний на сейсмовзрывные воздействия вертикальная статическая нагруз- ка не поддерживается постоянной, а должна иметь возможность уменьшаться по мере сни- жения сопротивления грунта. При испытаниях на сейсмовзрывные воздействия регистрируют- ся горизонтальные составляющие колебаний грунта на поверхности около опытных свай в двух взаимно перпендикулярных направлени- ях, осадка сван за период испытаний и умень- шение давления в гидравлической системе домкрата (т. е. вертикальной нагрузки). Векторные значения ускорения колебаний по- верхности грунта возле опытных свай Должны быть не менее 2 м/с2 для расчетной сейсмич- ности 7 баллов, 4 м/с2 для 8 баллов и 7 м/с2 для 9 баллов. Глубина скважин для размеще- ния зарядов ВВ и расстояние между сква- жинами назначаются организацией, произво- дящей буровзрывные работы в зависимости от величины заряда, диаметра скважины, грунто- вых условий и длины верхнего участка сква- жины, забиваемого грунтом для исключения выброса при взрыве (длина указанного участ- ка должна в любом случае приниматься не менее 5 м). Ориентировочную массу m заряда ВВ, кг, для обеспечения требуемой интенсивности ко- лебаний грунта около опытных свай допуска- ется предварительно определять по формуле (с последующим уточнением по результатам контрольных взрывов одиночных зарядов на площадке): m = ca3(lgj?)a Д3; (12.98) где с=2,8-10 5 кг> -с^-м ? ; a — требуемое расчетное ускорение горизонтальных колебаний поверхности грунта около опытной сваи, м/с2; Р — расстояние от скважины с зарядом ВВ до испытываемой сваи, м; назначается из условия /?> 15+1,5d, где d& — глу- бина погружения сваи в грунт, м. Коэффициент Yi по результатам испыта- ний свай на сейсмовзрывные воздействия оп- ределяется по формуле Про + si/so .где N рОи N pi — вертикальная статическая нагрузка соответственно до начала и после окончания сейсмо- взрывных воздействий; so — осадка сваи при нагрузке /V перед началом испытаний и а сейсмовзрывные воздействия; в, — дополнительная осадка сваи за период испытаний свай на сейсмовзрывные воздейст- вия. Коэффициент у2 определяется по резуль- татам испытаний свай, загруженных верти- кальной статической нагрузкой, на горизон- тальные динамические воздействия. Испыта- ния проводятся в следующем порядке. Свая загружается вертикальной статичес- кой нагрузкой так же, как и при испытаниях на сейсмовзрывные воздействия. С помощью вибратора направленного дей- ствия, установленного на катках около сваи и жесткосвязанного с ней, создаются горизон- тальные динамические воздействия на сваю продолжительностью не менее 10 с при посто- янной частоте вращения, не превышающей 10 Гц. Для этой цели могут быть использованы вибропогружатели типа ВП-1, ВП-2 или ВПП, оборудованные двигателями постоянного тока для создания колебаний с необходимой ам- плитудой за счет изменения частоты вращения. Горизонтальное раскачивание сваи необхо- димо осуществлять с постоянной амплитудой Аё, которая на уровне поверхности грунта оп- ределяется из* условия Ag—1,2 и0, но прини- мается не менее 3 мм (где и0 — горизонталь- ное перемещение сваи на уровне поверхности грунта при статическом приложении расчетной сейсмической нагрузки к свайному фундамен- ту сооружения). В процессе испытаний на го- ризонтальные динамические воздействия вер- тикальная нагрузка не поддерживается по- стоянной, а должна иметь возможность умень- шаться по мере снижения сопротивления грунта. При испытаниях свай на горизонталь- ные динамические воздействия регистрируется амплитуда колебаний свай на уровне поверх- ности грунта Аё, осадка сваи s2 за период испытаний и контрольных запусков вибратора, а также уменьшение давления в гидравличес- кой системе домкрата (т. е. вертикальной на- грузки). Горизонтальное перемещение сваи uQ на уровне поверхности грунта при статическом
12.2. Сейсмостойкость. оснований и грунтов 291 приложении к свайному фундаменту сооруже- ния расчетной горизонтальной сейсмической нагрузки можно определить по формуле «о= —. (12.100) “ci Ebt I Для свай, защемленных в низкий или вы- сокий ростверк, исключающий возможность поворота головы свай, коэффициент р вычис- ляется соответственно по выражениям: Р = Л0-в“/с0; (12.Ю1) Р = Л + ad B0(lr- Р \ (12.102) \ Со + Ctd lrj где р^Во!а^ + Сй1 rl-j. +1 ^/2; До, Во, Со — коэффици- енты, значения которых принимаются по указаниям СНиП 11-17-77; //—расстояние от подошвы роствер- ка до поверхности грунта (для свободно стоящих свай — высота приложения горизонтальной нагрузки над поверхностью грунта). Для свай, шарнирно сопряженных с рост- верками или защемленных в ростверк, не ис- ключающий возможность поворота головы свай, а также для свободно стоящих свай— по формуле р = A0 + adlrB0 + adB0M/Fh. (12.103) Коэффициент у2 по результатам испыта- ний свай на горизонтальные динамические воз- действия вычисляется по зависимости NР<} 1 N р2 1 + s4/s3 (12.104) где N р0 и N р2 — вертикальная статическая нагруз- ка на сваю ссответственно до начала и после окон- чания горизонтальных динамических воздействий; а’3 — осадка сваи при нагрузке /Vр0 перед началом испытаний на горизонтальные динамические воздей- ствия; — дополни 1ельная осадса сваи за период испытаний на горизонтальные динамич-гкие воздей- ствия и контрольных запусков вибратора. Испытания горизонтальными динамичес- кими и сейсмическими воздействиями рекомен- дуется проводить на разных сваях. Допускает- ся проводить испытания на одной и той же свае, но при этом испытания горизонтальной динамической нагрузкой должны выполняться после испытаний на сейсмовзрывные воздей- ствия. В случае когда оба вида испытаний проводятся на одной и той же свае, верти- кальную статическую нагрузку, уменьшившу- юся при сейсмовзрывных воздействиях, необ- ходимо довести до первоначального значения, равного Nv0. Испытания имитированными сейсмически- ми воздействиями свай, загруженных осевой выдергивающей статической нагрузкой, для определения коэффициентов yi и у2 проводят- ся аналогично испытаниям свай, загруженных осевой вдавливающей нагрузкой, при этом пе- ред началом испытаний сван загружаются статической осевой ступенчато возрастающей 19* выдергивающей нагрузкой до величины Ф, равной несущей способности сваи на выдер- гивающую нагрузку. При вычислении коэффи- циентов у1 и у2 величина осадок сваи в этом случае заменяется на соответствующие значе- ния вертикальных перемещений (выхода) сваи. Для проведения испытаний имитирован- ными сейсмическими воздействиями не долж- ны использоваться сваи, испытанные ранее статической нагрузкой для определения их не- сущей способности. Сваи, испытанные имити- рованными сейсмическими воздействиями, не должны в дальнейшем использоваться в свай- ном фундаменте сооружения, Число свай, подлежащих испытаниям ими- тированными сейсмическими воздействиями, устанавливается проектной организацией и принимается не менее '/з числа свай, испытан- ных вертикальней статической нагрузкой на данном объекте. В том случае, если нельзя провести испытания свай сейсмовзрывными воздействиями на конкретной площадке стро- ительства, допускается использовать резуль- таты испытаний таких же свай в аналогичных грунтовых условиях. В. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ С ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ПОДУШКОЙ Свайные фундаменты с промежуточной подушкой применяются в сейсмических райо- нах в тех же грунтовых условиях, в каких применяются обычные свайные фундаменты. Следует отметить, что оба эти типа фунда- ментов конкурентоспособны между собой и должны применяться на основании технико- экономического обоснования. Свайные фундаменты с промежуточной подушкой часто могут оказаться экономичес- ки более целесообразными, чем традиционные свайные фундаменты. Для того чтобы свай- ные фундаменты с промежуточной подушкой обеспечивали восприятие и распределение сей- смических нагрузок требуемым образом, необ- ходимы определенные соотношения между раз- мерами свай, оголовков и промежуточной по- душки. В связи с этим толщина промежуточ- ной подушки над оголовками свай назначает- ся в зависимости от расчетной нагрузки, приходящейся на одну сваю, и составляет 40 см при нагрузках до 600 кН и 60 см при на- грузках более 600 кН. Размеры промежуточ- ной подушки в плане должны быть больше размеров фундаментного блока не менее чем на 30 см в каждую сторону. Размеры фунда- ментного блока в плане должны быть не ме- нее размеров свайного куста по наружным граням оголовков. Независимо от формы .по-
Глава 12. проектирование фундаментов в особых условиях ......... -......... „ /1гу1 .....-,,.— ' • ►•'v - ; *3 перечного сечения сваи оголовки могут при- ниматься квадратной формы в плане, при этом длина стороны оголовка должна находиться в пределах Ьр -j- 20 см С а С 2/г/3, (12.105) где а — длина стороны оголовка, см; Ьр — диаметр круглого, или длина стороны квадратного, или длина большей,-стороны прямоугольного поперечного сече- ния ствола сваи, см; I — расстояние между осями свай, см. Толщина железобетонного оголовка над плоскостью торца сваи должна быть не менее а- Ьр. Порядок устройства этих фундаментов может быть принят следующим: сначала раз- рабатывают котлован (приямки, траншеи), в который погружают забивные сваи или в ко- тором изготовляют набивные сваи. Затем бе- тонируют оголовки. После того, как бетон ого- ловков наберет достаточную прочность, отсы- пают промежуточную подушку с послойным уплотнением: первый слой отсыпают таким образом, чтобы его толщина над оголовками составляла 20 см, толщина следующих слоев должна быть не более 10—15 см. Когда по- душка отсыпана до проектной отметки, на ней устраивается монолитный или сборный фундаментный блок. Требования по контролю плотности про- межуточной Подушки являются важными и следует подчеркнуть, что их необходимо стро- го выдерживать. Промежуточная подушка яв- ляется существенным элементом рассматрива- емой конструкции свайного фундамента, она воспринимает и передает значительные на- грузки и в процессе эксплуатации может под- вергаться действию разнообразных факторов (например, динамические нагрузки, подземные воды и пр.). Следовательно, прочность подуш- ки- должна быть достаточно высокой, в связи с чем ее необходимо уплотнять до максималь- но возможного значения плотности для приня- того-материала подушки. При расчете по пер- вому; предельному состоянию следует выпол- нять. обычное условие, в соответствии с кото- рым несущая. способность фундамента долж- на, быть не, меньше действующей на него нагрузки (как при основном, так и при особом сочетании нагрузок). - Поскольку значительные горизонтальные сейсмические нагрузки на сваи не передают- ся, то й расчет сваи на воздействие горизон- тальных сил не производится. Расчет рассмат- риваемых фундаментов на сейсмические на- грузки сводится к проверке здания на сдвиг по подошве фундаментного блока, при этом коэффициент трения бетона по поверхности промежуточной подушки принимается равным ОД, -а коэффициент запаса на сдвиг — не менее 1,2. Кроме того, необходимо произвести про- верку общей устойчивости на опрокидывание относительно фундаментного блока. При воз- действии моментных нагрузок на фундамент необходимо, чтобы расстояние от края подош- вы блока до нулевой ординаты треугольной эпюры давления сжатия не превышало !/з ши- рины подошвы в направлении действия момен- та. При расчете свайных фундаментов с проме- жуточной подушкой рекомендуется среднее давление на контакте промежуточной подушки и сваи (отношение расчетной нагрузки, прихо- дящейся на одну сваю, к площади ее контак- та с промежуточной подушкой) назначать та- ким, чтобы оно не превосходило 2,5 МПа. В необходимых случаях для увеличения площа- ди контакта, т. е. уменьшения среднего дав- ления, следует устраивать на сваях железобе- тонные оголовки. Расчет оголовков выполняет- ся на действие равномерно распределенной нагрузки, равной среднему давлению на кон- такте с промежуточной подушкой. Фундаментный блок рассчитывается как ростверк свайного фундамента, при этом пред- полагается, что подошва блока опирается не- посредственно на сваи. Свайные фундаменты с промежуточной подушкой, кроме того, должны отвечать требо- ваниям расчета по деформациям при основ- ном сочетании нагрузок. Осадка фундамент- ного блока под нагрузкой определяется как сумма осадок промежуточной подушки St и свайного куста sp: s=s/~^sp; (12.106) при этом осадка свайного куста определяется в соответствии с указаниями гл. 8 Справочни- ка, а осадка промежуточной подушки — по формуле N п р s _----- ES/ где N ” — нормативная вертикальная нагрузка, дей- ствующая на фундамент на уровне низа промежуточ- ной подушки при основном сочетании нагрузок; — толщина промежуточной подушки над оголовками свай; S.4 —площадь всех оголовков свай; Е — мо- дуль деформации уплотненной промежуточной по- душки, в зависимости от материала подушки прини- маемый равным: для песка средней крупности 15 МПа, для крупного песка и известкового щебня 20 МПа, для гранитного щебня 40 МПа; и случае применения других материалов значение Е можно принимать равным половине значения модуля дефор- мации, определенного в приборе трехосного сжатия. Пример 12.9. Требуется рассчитать свайный фун- дамент с промежуточной подушкой под колонну про- изводственного здания, возводимого на площадке с расчетной сейсмичностью 8 баллов. Расчетные на- грузки, действующие по верхнему обрезу фундамента, составляют: при основном сочетании А/=1900 кН; М = = 120 кН-м; кН; при особом сочетании А' = = 1600 кН, 41 = 300 кН-м, Дд=200 кН. С поверхности до глубины 7 м залегает слой мягкопластичного суглинка (/^=0,6), подстилаемый крупными плотными песками.
12.3. Проектирование фундаментов на закарстованных территориях 293 Сваи забивные железобетонные сечением ЗОХ ХЗО см и длиной 8 м. Несущая способность свай с учетом дополнительного коэффициента условий рабо- ты (промежуточная подушка подстилается суглинком с / . =0,6<0,75), составляет 1050 кН. Zj Решение. Нагрузка, допускаемая на сваю 1050/1,4=750 кН. Принимаем куст из четырех свай с расстоянием между осями свай 0,9 м. Для вычисления собствен- ного веса фундамента назначаем размер подошвы фундаментного блока 1,5X1,5 м, его высоту 1.2 м, толщину промежуточной подушки 0.6 м. Тогда верти- кальная нагрузка на фундамент и момент на уровне подошвы фундаментного блока при особом сочетании соответственно составляют: Л/=1703 кН, Л'!=540 кН-м. Расчетную нагрузку на сваю определяем по фор- муле (26) СНиП П-17-77: 1703 54-0,45 -4- .... 4 4-0.452 = 425 + 300; IV' = 725 кН; max N’ . = 125 кН > 0. mtn Таким образом, максимальная нагрузка на сваю меньше расчетной допускаемой, а минимальная на- грузка положительна, т. е. отрыва подошвы не про- исходит. Площадь оголовка в плане должна быть не ме- иее /2500 = 725/2500=0,29 м2=2900 см2. Принима- ем квадратные оголовки с длиной стороны а = 55 см и площадью 3025 см2>2900 см2, в этом случае удов- летворяется условие (12.105). Площадь оголовка на всех четырех сваях составляет 2Я , -3025-4=12 100 см2 п Толщину оголовка над плоскостью торца сваи прини- маем равной 30 см, что больше, чем а—1^=55—20= =25 см. Свая заводится в оголовок на 10 см. Толщину промежуточной подушки оставляем рав- ной 60 см, поскольку вертикальная нагрузка, прихо- дящаяся на сваю, больше 600 кН. Подушка выполня- ется из известкового щебня фракции 20—40 мм с модулем деформации £=20 МПа. Конструктивная схема фундамента показана на рис. 12.17. Рис. 12.17. Свайный фундамент с промежуточной по- душкой / — фундаментный блок; 2 — промежуточная подуш- ка; 3 — железобетонный оголовок: 4 — железобетон- ная свая; 5—дно котлована сочета- равного перехо- Проверяем фундамент на сдвиг по подошве фун- даментного блока. Сдвигающая нагрузка равна 200 кН. удерживающая сила при коэффициенте тре- ния между фундаментным блоком и подушкой, рав- ном 0,4, составляет 1600-0,4=640 кН. Коэффициент запаса на сдвиг определяется как отношение удержи- вающего и сдвигающего усилий, т. е. 640/200=3,2>1,2. Для расчета по деформациям вы шсляем норма- тивную вертикальную нагрузку при основном нии с учетом собственного веса фундамента, 103 кН, принимаем осредненный коэффициент да к нормативным нагрузкам, равным 1,15: Nn = (1900 + 103)/1,15 = 1740 кН. Осадку промежуточной подушки определяем по фор- муле (12.107): 1740-0,6 п „ s. = ----------- = 0,043 м = 4,3 см. 1 2000-1,216 Осадка свайного куста составляет Sp=2,9 см. Об- щая осадка фундамента s = 4,3 + 2,9=7,2 см, что мень- ше допустимой для данного типа зданий осадки, рав- ной 8 см. 12.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ1 К карстовым районам относятся терри- тории, в геологическом разрезе которых при- сутствуют растворимые горные породы и воз- можны поверхностные и подземные проявле- ния карста. Основные типы карста, выделяе- мые по литологическому признаку, следующие: карбонатный карст (известняковый, доло- митовый, меловой) — распространен широко; в естественных условиях растворение пород происходит медленно; опасность представляют существующие до начала освоения территорий развитые карстовые формы; активизация кар- стовых процессов возможна при увеличении скоростей фильтрации подземных вод, при по- вышении их агрессивности; меловой карст представляет опасность при сооружении объ- ектов со значительными утечками воды и дру- гих агрессивных жидкостей; сульфатный карст (часто встречается в сочетании с карбонатным) — распространен достаточно широко; развивается быстрее, чем' карбонатный; соляной карст (встречается преимущест- венно с сульфатным, реже с карбонатным) — в благоприятных гидрогеологических услови- ях развитие ограничено и в основном приуро- чено к кровле и краевым участкам залежей; строительство рекомендуется выносить за пре- делы опасных участков, при этом следует учи- тывать возможность активизации карстования, вследствие нарушения гидрогеологического ба- ланса на участке. Основные типы карстовых деформаций земной поверхности: провалы (возникают обычно внезапно) —' представляют главную опасность для соору- жений в карстовых районах; в основном вы- зываются обрушением кровли карстовых по- лостей в результате гравитационного обвала' или карстово-суффозионного разрушения внут- ренних поверхностей карстовых полостей; кон- тур провалов имеет резкое очертание в плане с разрывом сплошности грунтов на земной' поверхности и по глубине; в зависимости от свойств покровных слоев грунтов борта про- валов могут иметь различную крутизну; све- жие провалы в глинистых грунтах могут иметь вертикальные и даже нависающие стенки, имеющие тенденцию к обрушению, а следова-, тельно, и к увеличению периметра провала по земной поверхности. оседание земной поверхности (локально- 1 П. 12.3 составлен при участии инж. Г. М. Троиц- кого.
294 Глава 12. Проектирование фундаментов, в особых условиях ТАБЛИЦА 12.10. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОТИВОКАРСТОВЫХ МЕРОПРИЯТИЙ Тип мероприятия Группа мероприятия Подгруппа мероприя- тия Вид мероприятия Пе- риод приме- нения Влияние на тественный карстового ес- ход про- Уменьшение интен- сивности растворения Воздействие иа кар- стующиеся породы Противофильтрационныс завесы, горизонтальные и вертикальные А, В цесса Воздействие на по- крывающую толщу пород Организация стока поверхностных вод Гидроизоляционное покрытие терри- тории (участка) А, В Б, В Воздействие на меха- низм карстовых де- формаций Воздействие на кар- стующиеся породы Уплотнение зоны карстового прояв- ления с заполнением воронки обру- шения Заполнение полостей тампонажны- ми растворами Закрепление трещиноватых и раз- рушенных зон тампонажными раст- ворами А, В А, В А, В Воздействие на по- крывающую толщу пород Инжектирование воды с целью ис- кусственной активизации карстова- ния Применение армированного грунта Закрепление основания корневид- ными буронабивными сваями Закрепление грунта, заполняющего погребенные карстовые формы в покрывающей толще пород Вертикальная планировка участка, обеспечивающая отвод поверхност- ных вод от сооружения А А Б, В А, В А, Б, В Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового про- цесса Планировочное реше- ние на территории Рациональное разме- щение объектов строительства Расположение объектов за предела- ми участков обрушения полостей и поверхностных карстовых форм Расположение объектов иа менее опасных участках Ориентация сооружений в зависи- мости от параметров карстовых форм Регулирование плотности застройки Б Б Б Б Выбор рациональной формы здания Рациональная компоновка объектов в плане Изменение высоты (этажности) сооружения Б Б, В Конструктивные ме- роприятия Учет статических схем несущих конст- рукций сооружения Выбор рациональной конструктив- ной схемы сооружения Изменение статической схемы соо- ружения Сокращение числа температурных и деформационных швов (при кар- стовых провалах, воронках) до ми- нимума Разрезка на укороченные отсеки (при мульде оседания) Б В Б, В Б, В Использование жест- кой конструктивной схемы сооружения (усиление) Введение дополнительных связей в каркасные конструкции Горизонтальное армирование (поя- са, тяжи) Усиление несущих элементов кон- струкций армированными обойма- ми, рубашками Б, В Б, В Б, В Использование по- датливой конструк- тивной схемы соору- жения Устройство дополнительных шар- нирных связей в каркасных конст- рукциях Устройство податливых соединений крупнопанельных, крупноразмерных элементов сооружения Б, В Б
12.3. Проектирование фундаментов на закарстованных территориях Продолжение табл. 12.10 Тип мероприятия Группа мероприятия Подгруппа мероприятия Вид мероприятия Пе- риод приме- нения Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового про- цесса Конструктивные ме- роприятия Конструктивное ре- шение фундаментов Монолитное или сборно-монолитное решение железобетонных фунда- ментов (ленты, перекрестные лен- ты, коробчатые фундаменты, пли- ты) Увеличение площади опирания фундамента с целью уменьшения контактного давления на основание Развитие фундаментов за пределы периметра сооружения (консоль- ные, П-образные выступы) Устройство фундамента, ограничи- вающее возможность превращения провала в воронсу Устройство горизонтальных связей в фундаментах Устройство фундаментов с подпру- гами Поддомкрачивание с целью выправ- ления сооружения Устройство кустов висячих свай с резервным их числом: выполнение ростверка, обеспечивающего выпа- дение свай при провале Прорезка карстующихся пород сва- ями-стойками Прорезка толщи карстующихся по- род глубокими опорами Б Б, В Б Б Б Б, В Б, В Б Б Контроль за процес- сом развития карста Выполнение в масси- ве пород Использование глубинных грунто- вых марок в покровной толще по- род Организация сети наблюдательных гидрогеологических скважин (за уровнем, скоростью и направлением движения подземных вод; за хими- ческим составом подземных вод) А, Б, В А, Б, В Выполнение на днев- ной поверхности Инструментальный контроль за осе- даниями земной поверхности Наблюдение за деформациями кон- структивных элементов сооружений Визуальное наблюдение за состоя- нием несущих и ненесущих конст- рукций Использование маяков, устанавли- ваемых на трещинах в конструкци- ях А. Б, В Б, В Б, В В Уменьшение вли- яния хозяйствен- ной деятельности на развитие кар- стового процесса Снижение интенсив- ности растворения карстующихся пород Уменьшение водооб- мена Устройство закрытой дождевой и промышленной канализации Предотвращение утечек агрессив- ных производственных стоков Ограничение откачек трещинно- карстовых вод Б, В Б, В В Снижение агрессив- ности подземных вод Исключение сброса химически аг- рессивных по отношению к карсту- ющимся породам производственных и бытовых сточных вод В Воздействие на меха- низм карстового про- цесса Ограничение измене- ний напоров и уров- ней подземных вод Ограничение и регулирование добы- чи полезных ископаемых подзем- ным растворением пород Регулирование откачек подземных: вод В Б, В Ограничение дина- мического воздейст- вия Ограничение источников вибрации Ограничение взрывных работ Б. В Б, В Условные обозначения: А — мероприятия, применяемые до начала строительства объектов; Б •- то же, в период строительства объектов иа площадке; В — то же, в период эксплуатации объектов как в Качестве профилактических (контроль, наблюдения) мер, так и в качестве мер по усилению и восстановле- нию конструкций.
Глори ,Г2, Проектирование фундаментов в особых условиях го характера или по площади различного раз- мера) —: обычно вызывается растворением пород в трещиноватых зонах или на контакте кровли карстующихся пород с другими поро- дами, обладающими фильтрационными свой- ствами; отсутствует резкое очертание зон осе- дания; в плане; отсутствуют явные разрывы сплошности ’ земной поверхности по контуру зон; оседания. Кроме провалов и оседаний земной по- верхности в карстовых районах необходимо учитывать поверхностные и погребенные кар- стовые формы (воронки, впадины и т. д.) древ- него происхождения, нередко заполненные отложениями с пониженной несущей способ- ностью (торф, слабые грунты и т. п.). ’ В зависимости от залегания карстующихся пород: выделяют: ' по отношению к уровню подземных вод— карстующиеся породы, залегающие в зоне аэрации, в зоне постоянного водонасыщения, в зоне аэрации и постоянного водонасыщения; по. отношению к земной поверхности — открытый карст (карстующиеся породы не пе- рекрываются слоями нерастворимых пород); покрытый карст (карстующиеся породы пере- крываются слоями нерастворимых пород), в последнем случае учитываются глубина зале- гания карстующихся пород и свойства пере- крывающих пород для оценки степени карсто- опасности застраиваемой территории и на- дежности проектируемых карстозащитных ме- роприятий. При . проектировании сооружений в кар- стовых районах необходимо выполнять следу- ющие требования: предотвращать или сводить до минимума возможность катастрофических разрушений и обеспечивать достаточную без- опасность для жизни людей; снижать до ми- нимума стоимость строительства и эксплуата- ции с учетом возможного ущерба от карсто- вых явлений и расходов на специальные изы- скания, противокарстовые мероприятия и ре- монтно-восстановительные работы. Требования, предъявляемые к строитель- ству в закарстованных районах, могут быть обеспечены следующим: влиянием на естест- венный ход карстования путем снижения ин- тенсивности растворения карстующихся пород или воздействия на механизм карстовых де- формаций; уменьшением вредного влияния хо- зяйственной деятельности на ход развития карстования; защитой строительных объектов планировочным решением на территории, кон- структивными мероприятиями, контролем за процессом развития карстования и за дефор- мациями поверхности участка и возведенных сооружений. Классификация противокарстовых мероприятий приведена в табл. 12.10. В качестве исходных данных для проекти- ТАБЛИЦА 12.11. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ХАРАКТЕР ЗАСТРОЙКИ Категория устойчи- вости территории Среднегодовое коли- чество карстовых проявлений на 1 км2 поверхности терри- тории Характер строительства жилищно-гражданского промышленного I — Очень неустойчи- вая 1,0 и более Капитальное стоительство не рекомендуется Строительство не рекомендуется II — .неустойчивая От 0,10 до 1,0 То же Допускается строительство не- ответственных зданий и соору- жений с применением противо- карстовых мероприятий. Строи- тельство ответственных и особо ответственных сооружений не рекомендуется III <— недостаточно устойчивая От 0,05 до 0,10 Строительство допускается в исключительных случаях с применением противокар- стовых мероприятий при на- личии специального обосно- вания Допускается строительство от- ветственных сооружений с при- менением противокарстовых мероприятий при наличии спе- циального обоснования и неот- ветственных сооружений с при- менением противокарстовых ме- роприятий IV — несколько по- ниженно устойчивая От 0,10 до 0,05 Допускается строительство с применением противокар- стовых мероприятий Допускается строительство осо- бо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии спе- циального обоснования, ответ- ственных сооружений с приме- нением противокарстовых меро- приятий и неответственных соо- ружений с ограниченным при- менением противокарстовых ме- роприятий V —- относительно ус- тойчивая Менее 0,05 Допускается любое строи- тельство с применением ми- нимального комплекса про- тивокарстовых мероприятий Допускается строительство осо- бо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий, а также ответст- i .. венных и неответственных соо- ружений без применения проти- вокаретовых мероприятий
12.3. П роектироеание.фунда'Мёнтов на-закарсгаванных территориях Рис. 12.18. Противокарстовое конструктивное усиле- ние жилого дома 1 — ленточный фундамент; 2 — армированные стой- ки; 3—армированная горизонтальная рама на уров- не перекрытия первого этажа Рис. 12.19. Протавокарстовый фундамент дымовой трубы с консольными выпусками рования сооружений на закарстованной терри- тории принимаются: данные районирования по типу поверхно- стных форм (провалы, оседания) и категории карстоопасности территории на основе средне- годового количества карстовых проявлений, отнесенных к 1 км2 площади рассматриваемой территории (табл. 12.11); величины ожидаемых карстопрбявлений на земной поверхности в период эксплуатации объекта (размеры провальных воронок и зон оседаний в плане и по глубине); физико-механические характеристики грун- тов естественного сложения, служащих осно- ванием для строящихся объектов, и прогнози- руемое их изменение в результате проявления карстовых форм на земной поверхности. , Данные районирования по территории кар- стоопасности, типы и размеры поверхностных карстовых форм, свойства грунтов оснований, а также карстующихся и покровных пород определяются на основании инженерно-геоло- гических изысканий анализа наблюдений ' за карстопроявлениями в аналогичных. инженер- но-геологических условиях. В качестве примеров на рис. 12.18 и 12.19 приведены конструкции фундаментов/ на зд- карствованных территориях. /\ / . СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Рекомендации по сейсмическому микрорайони- рованию (РСМ-73).-— В кн.: Влияние грунтов на ин- тенсивность сейсмических колебаний. 1Л., Наука, 1973, с. 6—34. 2. Руководство по расчету и проектированию зда- ний и сооружений на подрабатываемых территори- ях. — М.: Стройиздат, 1977. —- 143 с. 3. Строительные нормы и правила. Здания и соо- ружения на подрабатываемых территориях. СНиП II-8-78. — М..: Стройиздат, 1979. 4. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83. — М.: Строй- издат, 1984. ' ' 5. Строительные нормы и правила. Свайные фун- даменты. СНиП П-17-77. —-М,: Стройиздат, 1978: • t 6. Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах. СНиП П-7-81. — Строй- издат, 1982. 7. Юшии А. И. Особенности проектирования фун- даментов зданий на основаниях, деформируемых горными выработками. — М.: Стройиздат. 1980.— 135 с.
Глава 13. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ОСНОВАНИИ 13.1. ПОВЕРХНОСТНОЕ И ГЛУБИННОЕ УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ 13.1.1. Общие положения Уплотнение грунтов производится укат- кой, трамбованием,. вибрацией, виброударами, взрывами, статической нагрузкой от собствен- ного веса грунта, а также от дополнительной пригрузки [4, 9]. При укатке на грунт передается наклон- ное давление, складывающееся из вертикаль- ного от собственного веса механизма и гори- зонтального, возникающего за счет тягового усилия. Наиболее эффективным для уплотнения грунта является наклонное давление, создава- емое перекатыванием колеса или барабана. Трамбование грунта связано с ударами рабочего органа — трамбовки, поднятой на некоторую высоту, о грунт [9]. Уплотнение грунта происходит под воздействием переда- ющейся на него ударной энергии и сопровож- дается перемещением частиц грунта в верти- кальном и горизонтальном направлениях. При этом только часть ударной энергии расходу- ется на уплотнение, а остальная поглощается грунтом за счет его упругого сжатия. При уплотнении вибрацией и виброудара- ми на грунт передаются колебательные и удар- ные воздействия от рабочего органа в резуль- тате чего происходит более плотная укладка грунта и его уплотнение. Вибрационные и виб- роударные воздействия различаются между собой по частоте и амплитуде колебаний. С уменьшением частоты и увеличением ампли- туды колебаний вибрационные воздействия переходят в виброударные, а машины соответ- ственно называют вибрационными и вибро- ударными. При взрывах грунты уплотняются под воздействием энергии ударной волны и коле- баний грунта, возникающих при взрыве взрыв- чатого вещества. При этом лишь небольшая часть энергии взрыва расходуется на уплотне- ние грунта, остальная часть идет на его раз- уплотнение, упругое сжатие и т. п. Методы уплотнения грунтов подразделя- ются на поверхностные, когда уплотняющее воздействие прикладывается с поверхности грунта, и глубинные — при передаче уплотня- ющего воздействия по всей.или по определен- ной глубине массива грунта. К поверхностным методам относятся уп- лотнение грунтов укаткой, тяжелыми трамбов- ками, трамбующими машинами, виброкатками, виброплитами и вибротрамбовками, подводны- ми взрывами, а также вытрамбовывание кот- лованов; к глубинным методам — пробивкой скважин (грунтовыми сваями), глубинными вибраторами, глубинными взрывами, статиче- скими нагрузками от собственного веса, а так- же от дополнительной пригрузки, в том числе с песчаными, бумажно-пластиковыми и други- ми дренами. В процессе уплотнения укаткой, трамбова- нием, вибрацией, виброударами и взрывами уплотняющие воздействия на грунты переда- ются по определенным циклам, в результате чего на грунт воздействуют циклические на- грузки, характеризующиеся последовательной сменой процессов нагрузки и разгрузки [9]. В соответствии с этим в уплотняемом грунте происходят обратимые (упругие) и необрати- мые (остаточные) деформации, последние и обеспечивают повышение степени плотности грунтов. При уплотнении грунтов статической нагрузкой от их собственного веса, а также от дополнительной пригрузки происходят в ос- новном необратимые деформации. При любом режиме уплотнения для каж- дого вида грунта и уплотняющего воздействия процесс накопления остаточных деформаций и, следовательно, повышение степени плотности грунта могут происходить только до опреде- ленного предела после передачи на него оп- ределенной работы. Дальнейшее увеличение работы без изменения режима уплотнения со- провождается в основном обратимыми дефор- мациями и не приводит практически к повы- шению степени плотности грунта (рис. 13.1). а) Я Рис. 13.1. Понижение уплотняемой поверхности в за' висимости от числа ударов (проходов) а — от общего числа ударов; б — от каждых двух ударов; 1 — точка уплотнения до отказа Такое состояние грунта, при котором в про- цессе уплотнения практически не происходит повышения его степени плотности, называется уплотнением до отказа, а повышение плотно- сти сухого грунта при единичном приложении нагрузки, выражаемое часто понижением уп- лотняемой поверхности от одного удара или прохода, называется отказом [4]. При самоуп- лотнении грунтов от их собственного веса, а также от дополнительной нагрузки состояние
13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов уплотнения до отказа характеризуется услов- ной стабилизацией осадки. Уплотняемость грунтов определяется по методике стандартного уплотнения [1, 6]. Уп- лотнение производится трамбованием при раз- Рис. 13.2. Зависимость плотности сухого уплотнен- ного глинистого грунта от влажности 1 — кривая стандартного уплотнения; 2 — оптималь- ная влажность; 3 — максимальная плотность = 1,74 т/м3 при kcam=-1 'Л w = w0; 4—kcom =0,98 при р^ = 1,7 т/м3 и га =6,165 + 0,195; а —'и„от =0,95 при Pd=l,65 т/м3 и w=0,153+0,202; 5 — =0,92 при Pd = 1,6 т/м3 и ^=0,1454-0,208 режиме уплотнения. Оптимальную влажность глинистых грунтов, уплотняемых трамбовани- ем, при отсутствии данных непосредственного ее определения рекомендуется принимать w0 = Wj>—(0,01 +- 0,03), а укаткой = (где wp — влажность на границе раскатыва- ния). Уплотнение грунтов обычно производится до определенной степени плотности, выража- емой через коэффициент уплотнения представляющий собой отношение заданного или фактически полученного значения плотно- сти сухого уплотненного грунта рл к его мак- симальному значению по стандартному уплот- нению pd.max, Т. £, kcotn ~ Pd/pd.max- Каждому значению коэффициента уплот- нения соответствует определенный диапазон допускаемого изменения влажности уплотня- емого грунта, за который принимаются край- ние значения влажности по кривой стандарт- ного уплотнения (см. рис. 13.2) или отноше- ние крайних значений влажности w к опти- мальной wQ, т. е. kw=w/w0 (табл. 13,1). При уплотнении грунтов максимальная степень плотности достигается на поверхности приложения уплотняющего воздействия, а по глубине и в стороны — снижается. В связи с весом 215 Н, сбрасываемого с высоты 30 см. По результатам стандартного уплотнения строится график зависимости плотности сухо- го уплотнения грунта от влажности (рис. 13.2). Из графика видно, что максимальное значение плотности сухого грунта достигается при оп- ределенной его влажности, называемой оп- тимальной, и уплотняемость каждого вида грунта определяется максимальной плотностью и оптимальной влажностью. Максимальная плотность уплотненного грунта — это наибольшее значение плотности сухого грунта, достигаемое при оптимальной влажности и принятых режимах, методах' и энергии уплотнения. Оптимальной влажностью называют влаж- ность, при которой достигается максимальная плотность уплотненного грунта и требуется наименьшая затрата работы для достижения максимальной плотности грунта при заданном ТАБЛИЦА 13.1. ЗНАЧЕНИЯ ДИАПАЗОНОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ УП этим выделяются зона распространения уплот- нения и уплотненная зона грунта. Зона распространения уплотнения пред- ставляет собой толщу грута h'co.n в пределах которой происходит повышение его плотно- сти. Эта зона распространяется от уплотненной поверхности на глубину, на которой плотность сухого грунта повышается не менее чем на 0,02 т/м3 по сравнению со значением ее до уплотнения. За уплотненную зону принимают толщу грунта, в пределах которой плотность сухого грунта не ниже заданного или допустимого ее минимального значения. Уплотнение грунтов сопровождается не только повышением степени его плотности, но и соответствующим понижением уплотненной поверхности (см. рис. 13.1). Понижение уп- лотненной поверхности представляет собой разность отметок ее до и после уплотнения и ДОПУСКАЕМОГО ИЗМЕНЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ 1ОТНЯЕМЫХ ГРУНТОВ Грунты Диапазон допускаемого изменения влажности грунта при k 1 сот 0,98 0,95 0,92 Крупные, средние, мелкие пески Пылеватые пески . Супеси Суглинки Глины . . , . j, . 0,6-1,35 0,8—1,2 0,85—1,15 0,9—1,1 Не ограничивается 0,5—1,45 0,75—1,35 0,8—1,2 0,85—1,15 0,4—1.6 0,65—1.4 0,7—1,3 0,75—1,2
300 Глава. 13. Проектирование искусственных оснований определяется по результатам опытных работ или вычисляется по формуле ДА — (1— pJp, } hrnm m (13.1) \ 1 а. 1 d-comJ com com* ’ где —среднее значение плотности сухого грунта до-уплотнения; d сот —среднее значение плотности сухого грунта в пределах зоны распространения уплотнения; ’1С01п ; т сот —коэффициент, учитыва- ющий боковое расширение грунта в стороны и вы- пор его, принимаемый равным т 1,2. 13.1.2. Исходные данные для проектирования Исходными данными для проектирования уплотнения грунтов, а также для проектиро- вания оснований и фундаментов на уплотнен- ных. грунтах являются необходимая степень уплотнения грунтов, деформационные и проч- ностные характеристики уплотненных грунтов, расчетные их сопротивления. : .Необходимая степень уплотнения грунтов устанавливается в зависимости: от назначения уплотненных грунтов и нагрузок, передавае- мых на них от фундаментов и других конст- рукций; от возможностей изменения темпера- турно-влажностного режима уплотненного грунта; от диапазона изменения природной влажности грунтов, используемых для возве- дения обратных засыпок; от принятых и воз- можных технологических схем производства работ по отсыпке уплотняемого грунта и при- меняемого грунтоуплотняющего оборудования; от климатических условий производства работ; от производственных возможностей строитель- ных организаций и пр. [7]. . . Для определения необходимой, степени уп- лотнения грунтов с учетом приведенных выше факторов выполняется комплекс лабораторных исследований, включающий изучение уплотня- рмости грунтов (стандартное уплотнение), а также прочностных и деформационных харак- теристик уплотненных до различной степени Плотности грунтов. По результатам стандарт- ного уплотнения (см. рис. 13,2) определяются максимальная плотность pd-max, оптимальная влажность w0, а также плотность сухого грун- та при уплотнении его до различного коэф- фициента уплотнения и соответствующие диа- пазоны допускаемого изменения влажности. По данным сдвиговых и компрессионных испытаний уплотненных до различной степени плотности грунтов строятся графики зависи- мости сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации от плотности грунта или от коэффициента уплотнения грунтов (рис. 13.3). На основе этих графиков в соответст- вии с необходимыми значениями сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформа- ции- уплотненных грунтов назначается требу- Рис. 13.3. Зависимости с, <р (а) и Е (б) от коэффи- циента уплотнения и плотности сухого уплотненного грунта емая степень уплотнения грунтов. При отсут- ствии данных описанных выше исследований необходимые значения степени уплотнения грунтов принимаются по табл. 13.2. ТАБЛИЦА 13.2. НЕОБХОДИМАЯ СТЕПЕНЬ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ Назначение уплотненного грунта Коэффициент уплотнения ь сот Для оснований Фундаментов зда ний, сооружений и тяжелого техно- логического оборудования, а также полов с равномерной нагрузкой бо- лее 0,15 МПа .................... То же, среднего оборудования, внутренние конструкций, полов с нагрузкой 0,05—0,15 МПа . . . . То же, легкого оборудования, полов с нагрузкой менее 0,05 МПа, от- мостки у зданий . . . . Незастраигаемые участки . . . . 0,98—0,95 0,95—0,92 0,92—0,9 0,9—0,88 При возможном изменении температурно- влажностного режима уплотненных грунтов за счет их периодического промерзания и от- таивания приведенные в табл. 13.2 значения kCom целесообразно повышать на 0,01—0,02. Модули деформации грунтов, уплотненных до различной степени плотности, должны при- ниматься, как правило, по результатам испы- тания их штампами. При отсутствии данных непосредственных испытаний значения моду- лей деформации допускается принимать по табл. 13.3. Коэффициент изменчивости сжимаемости уплотненных грунтов аСот, обусловливаемый различной степенью уплотнения, переменной влажностью, неоднородностью состава грунта и представляющий собой отношение макси- мального значения модуля деформации к его возможному минимальному значению, допус-
13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов 301 ТАБЛИЦА 13.3. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ НЕКОТОРЫХ . видов уплотненных грунтов ...' - Е, МПа Г рунты при влажности уплотнения, равной wa в водонасыщенном : СОСТОЯНИИ k 0,92 сот = 0,95 сот k = 0,92 сот k„n„ = 0,95 сот Лессовидные супеси ................ Лессовидные суглинки и глина ............... Крупные пески......................... . Средние » . ...... .................. Мелкие » .............. 20 25 15 20 25 30 20 25- 30 40 — 25 30 — —• 15 20 — —- кается принимать: а,сот= 1,2 при £Co;n = 0,92, С&сот = 1,35 при k сот — 0,95 и ас0 т — 1,5 при &сот = 0,98. Прочностные характеристики уплотненных до различной степени плотности грунтов опре- деляются путем испытания их на срез в ус- ловиях завершенной консолидации с получе- нием зависимости сцепления с и угла внут- реннего трения ф от коэффициента уплотне- ния. Для предварительных расчетов норма- тивные значения прочностных характеристик уплотненных лессовых грунтов рекомендуется принимать по табл. 10.4. Расчетные сопротивления уплотненных грунтов определяются с учетом прочностных характеристик грунтов и размеров фундамен- тов. При отсутствии прочностных характери- стик, а также для предварительного назначе- ния размеров фундаментов допускается поль- зоваться условными значениями расчетных сопротивлений Ro уплотненных насыпных грунтов (табл. 13.4). ТАБЛИЦА 13.4. РАСЧЕТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ ИЗ УПЛОТНЕННЫХ ГРУНТОВ Грунты Ro, МПа, при коэффициенте уплотнения kсот 0,92 0,95 0,97 Супеси . ... 0,2 0,25 0,28 Суглинки 0,25 0,3 0,32 Глина . ... 0,3 0,35 0,4 Крупные пески 0,3 0,4 0,5 Средние » 0,25 0,3 0,4 Мелкие » 0,2 0,25 0,3 13.1.3. Уплотнение грунтов укаткой Уплотнение грунтов укаткой применяется для всех видов песчаных, глинистых, крупно- обломочных грунтов на свободных участках и при большом фронте работ, обеспечивающих достаточную маневренность механизмов. Укат- ка грунтов в основном используется для по- слойного уплотнения при возведении грунто- вых подушек, планировочных насыпей, земля- ных сооружений различного назначения, при подсыпке и подготовке оснований' под полы и т. п. • Эффективность уплотнения грунтов укат- кой зависит, в основном, от их влажности, ви- да и типа применяемых механизмов. Наиболь- шая эффективность уплотнения достигается в крупнообломочных грунтах; в глинистых, и песчаных грунтах это достигается, при. их оп- тимальной влажности [5]. ' ' По условиям проходимости машин уплот- нение глинистых грунтов допускается ; при влажности wcom<wp + klp (где Л' — коэффи- циент, принимаемый: k = 0,6 при. 7р<:0,08; й = 0,3 при 7р»О,17; при других значениях /р коэффициент k принимается по интерпо- ляции. Основания на уплотненных укаткой грун- тах проектируются так же, как и- на грунто- вых подушках (см. п. 10.1). Уплотнение грунтов укаткой: осуществля- ется самоходными и прицепными катками на пневматическом ходу, гружеными скреперами, автомашинами, тракторами, основные техни- ческие показатели работы которых приведены в табл. 13.5. ' Для уплотнения песчаных и глинистых грунтов укаткой не рекомендуется. применять катки с гладкими вальцами, а также кулачко- вые катки, так как при заполнении простран- ства между кулачками грунтом • достигаемая ими глубина уплотнения обычно незначитель- на и не превышает 0,2—0,4 м. Грунтоуплотняющее оборудование выби- рается с учетом его производительности, эф- фективности работы, маневренности и- других факторов. Для предварительной подкатки грунтов целесообразно использовать тракторы и легкие катки. Укатывать грунты гружеными скреперами и автомашинами рекомендуется в тех случаях, когда грунт доставляется по.от- сыпаемому слою и можно обеспечить доста- точно равномерное движение транспорта, по всей площади отсыпанного слоя. Перед производством основных работ выполняются опытные работы по уплотнению грунтов укаткой принятыми механизмами с
302 Глава 13. Проектирование искусственных оснований ТАБЛИЦА 13.5. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ГРУЗОУПЛОТНЯЮЩИХ МАШИН Механизмы Глубина уплотнения, м, в грунтах Число проходов (ударов) или вре- мя уплотнения ПРИ kcom песча- ных ГЛИ- НИСТЫХ 0,98 0,95 0,92 Пневмокатки ве- сом, кН: 400 . . . . 0,7 0.6 12 .10 6 .250 . ... 0,5 0,5 12 10 6 Груженый авто- машины: БелАЗ 0,7 0,6 12 10 6 КраАЗ 0,5 0,5 12 10 6 МАЗ 0,4 0,4 12 10 6 Трамбующая ма- шина Д-471 . . 1,2 1 3 2 2 Внброкатки ве- сом. кН: 50 . ... 1 2 2 20 . ... 0,7 — 3 2 2 Виброплиты са- мопередвигаю- щизся: ' Svp-25 . . . 30 4 2 SVP-631 . . 50 4 3 2 BSD-22 . . 30 4 3 2 BSD-63 . 80 '— 4 3 п Внбротрамбовки самопередви- гающиеся: ВУТ-5 . . . 20 4 3 2 ВУТ-3 . . . 40 — 4 3 2 Трамбовки элект- рические: ИЭ-4502 . . 25 90 4 2 ИЭ-4504 . . 35 25 4 3 2 Гпдромолоты на- пёсныё: ГПМ-120 . . 30 25 20* 15* 10* СП-62 80 70 20* 15* 10* Пне гм ом ол оты навесные: ПН-1300 . . 30 25 20* 15* 10* ПН-2400 . . 50 40 20* 15* 10* Впбропролеты подвесные: ВП-2 . . . 80 30* 25* 20* ВП-6 . . . 50 •— 30* 25* 20* Бпбротрамбовки подвесные. ГПТ-3 80 60 30* 25* 20* тяжелые трам- бовки весом: ш=25 кН; d= = 1,2 м . 2,2 2 16 12 8 /и = 35 кН: = = 1,4 м ' 2.6 2,4 16 12 8 /72=45 кН: rf = = 1,6 м 3 2,7 16 12 8 /й=60 кН; rf = =2 м 3,6 3,2 16 12 8 т = 100= 150 кН; d = 3-r3,5 м . ... 5,5—6, 5 5—6 16 12 8 Примечай и я: 1. 3 йачения глубины уплотне- целью уточнения максимальной плотности су- хих уплотненных грунтов, оптимальной влаж- ности, толщины уплотненных слоев при задан- ном режиме уплотнения и необходимого числа проходов катков в соответствии с приведенной на рис. 13.4 схемой. В комплекс работ по уплотнению грунтов укаткой входят подготовка поверхности для ния даны для оптимальной влажности грунтов и со- ответствуют коэффициенту уплотнения k com =0,95. При уплотнении грунтов влажностью, в 1,2 раза боль- шей или меньшей оптимальной, и при kсот =0,98 глубина уплотнения снижается на 20 %. 2. Глубина уплотнения рыхлых глинистых грун- тов принимается на 20—25 %, а песчаных — на 15—- 20 % больше приведенных значений. 3. Цифры, отмеченные звездочкой, обозначают йрймй уплотнения в с по одному следу для достиже- ния соотв&тстйующего коэффициента уплотнения. Рис. 13.4. Схема опытного участка для уплотнения грунтов укаткой (стрелками показаны направления движения механизма) 1—3 — захватки соответственно с 6. 9 и 12 прохода- ми; 4—6 — участки отсыпки грунта с влажностью Соответственно равной 0,8Юр, 1,0аИрИ l,2Wp : 7 — шурфы или скважины для определения h w уп- лотненного грунта; Z и b—длина и ширина груитО- уплотняющего механизма отсыпки грунта, подготовка самого грунта, доставка, отсыпка и разравнивание грунта, уп- лотнение грунта и контроль качества его уп- лотнения. Подготовка поверхности для отсып- ки грунта включает срезку растительного, за- торфованного, переувлажненного, мерзлого и т. п. слоя грунта, уборку строительного и дру- гого мусора, планировку поверхности, уплот- нение укаткой верхнего разрыхленного слоя и т. п. Уплотнение укаткой производится при оп- тимальной или близкой к ней влажности грун- тов. При влажности грунтов ниже пределов, указанных в табл. 13.1, их увлажняют в ре- зерве, карьере или реже на месте укладки расчетным количеством воды Q, определяе- мым по формуле Q =—ш) 7, (13.2) Рш где р — плотность воды, принимаемая равной 1 т/м3; w — влажность грунта; k — коэффициент, учитывающий влияние климатических условий и при- нимаемый: при отсыпке грунта в дождливое время & = 0.9, в сухое летнее время fe=l,l; V — объем грунта. Грунт при уплотнении укаткой доставля- ется обычно автосамосвалами или скрепера- ми, а разравнивается бульдозерами с обеспе- чением заданной толщины слоя. При необхо- димости доувлажнения грунта на месте от- сыпки вода разбрызгивается в процессе от- сыпки и разравнивания грунта. При применении тяжелых катков и авто- машин для уплотнения грунта сначала произ-
13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов 303 водится подкатка его бульдозерами или трак- торами. В-процессе уплотнения грунтоуплот- няющие -механизмы движутся равномерно по всей уплотняемой площади с минимальным количеством разворотов. При производстве работ в дождливое и жаркое время особое внимание уделяется обе- спечению влажности грунтов, близкой к опти- мальной, а в зимнее время — сохранению та- лого состояния грунтов. Качество отсыпки и укатки грунта прове- ряется путем определения толщины отсыпае- мого слоя, его влажности и плотности сухого грунта после его уплотнения в наиболее .ха- рактерных пунктах, выбираемых из расчета один пункт на каждые 300—600 м2 уплотняе- мой площади. При толщине слоя грунта до 50 см плотность сухого грунта и его влаж- ность определяются в середине слоя, а при большей — на двух горизонтах, расположен- ных на расстоянии 10—15 см от верха и низа слоя. Для контроля качества уплотнения грун- тов используются методы: режущего кольца; парафинирования; метод лУнки для крупнооб- ломочных грунтов; радиоактивных изотопов поверхностными приборами; зондирования для песчаных грунтов [6]. 13.1.4. Уплотнение трамбующими машинами Уплотнение грунтов трамбующими маши- нами непрерывного действия производится для всех видов грунтов и, как правило, в стеснен- ных условиях, при ограниченном фронте работ для возведения обратных засыпок котлованов, траншей, засыпки всевозможных пазух, щелей, вблизи подземных конструкций, в местах при- мыкания земляных сооружений к бетонным и другим конструкциям [2, 8]. Основными типами трамбующих машин являются: самоходные трамбующие машины на базе трактора (ДУ-12); самоходные прицепные виброкатки (Д- 684 и др.); самопередвигающиеся виброплиты (Д-604, Д-605, Д-639 и др.) и вибротрамбовки (ВУТ- 3, ВУТ-4, ВУТ-5 и др.); подвесные на кране виброплиты и вибро- трамбовки (ПВТ-3, ВПП-2А и др.); механические трамбовки с пружинно-воз- душным механизмом (ИС-4502, ИС-4504 и др.), с компрессорно-воздушным ударным ме- ханизмом. с пружинным ударным механизмом и др. . Трамбующие машины непрерывного дей- ствия, основанные на ударном воздействии, имеют практически одинаковую эффективность при уплотнении песчаных и глинистых грун- тов, а машины,' основанные на вибрационном и виброударном воздействии эффективны толь- ко в песчаных грунтах. Основные технические показатели работы этих машин приведены в табл. 13.5. Тип трамбующих машин непрерывного действия для уплотнения грунтов выбирается, с одной стороны, с учетом эффективности их- работы, сменной производительности, возмож- ности самопередвижения, вида базовой ма- шины и т. п., а с другой — в зависимости от стесненности условий производства работ, объема работ, вида применяемого грунта и других факторов. Самоходные трамбующие машины и виб- рокатки обычно применяются при фронте ра- бот, достаточном для их маневрирования и разворота. Самопередвигающиеся виброплиты и ме- ханические трамбовки целесообразны при весь- ма ограниченном фронте работ, а подвесные и ручные трамбовки — в труднодоступных местах. Перед началом производства работ по уп- лотнению грунтов трамбующими машинами выполняются опытные работы, которые (так же как и подготовка поверхности для отсыпки грунта, подготовка самого грунта, отсыпка, разравнивание и уплотнение грунта, контроль качества уплотнения при достаточном фронте работ) выполняются по аналогии с описанны- ми выше работами при уплотнении* грунтов укаткой. Основное отличие состоит лишь в том, что при ограниченном фронте работ до- увлажнение грунтов производят до их отсып- ки, а в труднодоступные места грунт отсыпа- ют экскаваторами, погрузчиками и разравни- вают вручную. Так как уплотнение грунтов трамбующи- ми машинами применяется в стесненных усло- виях, пункты проверки качества уплотнения назначаются чаще, чем при других методах, и принимаются из расчета один пункт на каж- дые 100—300 м2 уплотненной площади и обя- зательно не менее одного на каждом отдель- ном участке площадью 20—40 м2. 13.1.5. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками Уплотнение грунтов тяжелыми трамбов- ками производится свободным сбрасыванием с помощью крана-экскаватора с высоты 5—Юм трамбовок диаметром 1,4—3,5 м и весом 40— 150 кН [3]. Тяжелые трамбовки применяются для уплотнения всех видов грунтов в их при- родном залегании (просадочных, засоленных.
304 Глава. 13. Проектирование искусственных оснований насыпных, рыхлых песчаных грунтов), а так- же вновь отсыпанных при подготовке осно- ваний под фундаменты, устройстве грунтовых подушек, возведении планировочных насыпей, земляных сооружений, обратных засыпках котлованов и т. п. Эффективность уплотнения грунтов тяже- лыми трамбовками определяется диаметром, весом, высотой сбрасывания трамбовки, а так- же степенью плотности, влажности, структур- ной прочностью уплотняемых грунтов. С уве- личением диаметра, веса и высоты сбрасыва- ния трамбовки глубина уплотнения возрастает [см. табл. 13.5 и формулу (10.36)]. Наиболь- шая эффективность уплотнения грунтов по глубине достигается при оптимальной влаж- ности. При повышении степени плотности и структурной связности эффективность уплот- нения снижается (в частности, в насыпных грунтах' глубина уплотнения обычно на 30— 40 % больше, чем в грунтах естественного сложения). Основания на уплотненных тяжелыми трамбовками различного вида грунтах проек- тируются так же, как и на просадочных с I ти- пом грунтовых условий (см. п. 10.1). Уплотнение грунтов тяжелыми трамбов- ками весом до 50—70 кН выполняется с по- мощью оборудованных стрелой-драглайн стро- ительных кранов-экскаваторов Э-1252 и Э-10011 грузоподъемной силой соответственно 250 и 180 кН, а трамбовками весом 100—150 кН — карьерных кранов-экскаваторов Э-2502 грузоподъемной силой 500—600 кН. В целях обеспечения нормальной работы крана-экска- ватора в тяжелом режиме грузоподъемная сила крана-экскаватора должна в 3—4 раза превышать вес трамбовки. Для обеспечения требуемой высоты сбрасывания в необходи- мых случаях стрела удлиняется за счет встав- ки в среднюю часть дополнительного звена. Трамбовка изготовляется из железобето- на, имеет в плане форму круга или многоуголь- ника (с числом сторон не менее восьми). Под- дон и боковые стенки ее сворачиваются из листовой стали толщиной‘8—16 мм, а подъем- ные петли — из листовой стали толщиной 20— 40 мм (рис. 13.5). Трамбовка подвешивается к рабочему тросу крана-экскаватора с по- мощью вертлюгов и промежуточного троса длиной 1 —1,5 м с грузом весом 200—-500 Н, которые обеспечивают натяжение рабочего троса и исключают его преждевременный из- нос .вследствие образования перегибов. До начала производства работ обычно выполняется опытное уплотнение грунтов тя- желыми трамбовками для уточнения режима и эффективности уплотнения грунтов при их различной влажности по схеме, приведенной на рис. 13.6. Уплотнение производится с заме- ром понижения уплотняемой поверхности по металлическим -штырям, забитым по центру; каждого следа, нивелированием после каждых; Рис. 13.5. Трамбовка для поверхностного уплотнения грунтов 1 — скоба для подъема трамбовки; 2 — отверстие в скобе; 3 —-ко»ух; 4 — поддон; 5 — вертикальная ар- матура; 6 — Iоризонтальная арматура Рис. 13.6. Схема опытного участка для уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками 7—3 — участки грунта с влажностью соответственно 0,8®р,юр, 1,2®р ; 4 — следы ударов трамбовки; 5 — точки нивелирования (штыри); в— шурфы или ра- диометрические скважины для 'определения рй, и да
13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов 305 двух ударов трамбовки. По результатам опыт- ного уплотнения строятся графики понижения уплотняемой поверхности (рис. 13.1), по кото- рым уточняются величина понижения уплот- няемой поверхности, число ударов, необходи- мое для уплотнения до отказа. Кроме этого, после уплотнения закладывают шурфы или проходят радиометрические скважины на глу- бину не менее двух диаметров трамбовки. При этом определяются изменения по глубине плот- ности сухого грунта и его влажности, а также глубина уплотнения. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовка- ми выполняется после планировки поверхно- сти котлована и подкатки ее тракторами или катками при наличии насыпных грунтов. При этом котлован должен быть огражден от по- падания поверхностных вод с окружающей территории. Трамбование производится с перекрыти- ем следов (см. рис. 13.6) отдельными цикла- ми при постоянном поворачивании стрелы по мере перехода с одного следа' на другой. По каждому следу выполняется по два—четыре удара трамбовки. Для перехода с одного цик- ла на другой изменяется вылет стрелы или кран переезжает назад. Такая последовательность сохраняется до тех пор, пока не будет произведено заданное число ударов трамбовки по каждому следу. После окончания трамбования верхний разрыхленный слой грунта доуплотняется лег- кими ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты 0,5—1 м или укаткой. Если после трамбования отметка основания окажется ни- же проектной, производится подсыпка мест- ного грунта с уплотнением его укаткой. В дождливое и сухое время года уплот- нение тяжелыми трамбовками производится с учетом сохранения влажности уплотняемых грунтов близкой к оптимальной, а в зимнее время при талом состоянии грунта и его при- родной влажности — с учетом возможной глубины промерзания в течение суток и произ- водительности применяемого оборудования в сутки. Качество работ по уплотнению тяжелыми трамбовками грунтов с оптимальной влажно- стью проверяется по отказу при контрольном трамбовании после двух-трех ударов трам- бовки в пунктах, располагаемых из расчета один пункт на каждые 100 м2 уплотненной площади. При уплотнении грунтов с влажно- стью, отличающейся от оптимальной более чем на ±0,02, качество уплотнения проверя- ется определением плотности сухого грунта через 0,25—0,5 м по глубине при толщине уп- 20—213 лотненного слоя до 2—2,5 м и 0,5—0,75 м при большей толщине. Для определения плотно- сти закладывают шурфы (или проходят радио- метрические скважины) из расчета один шурф на каждые 300 м2 уплотненной площади. 13.1.6. Вытрамбовывание котлованов Вытрамбовывание котлованов под фунда* менты производится уплотнением грунта пу- тем сбрасывания в одно и то же место с вы- соты 4—8 м трамбовки весом 15—100 кН, имеющей форму будущего фундамента [3]. Вытрамбовывание котлованов под фундамен- ты применяется в просадочных лессовых грунтах I типа, в глинистых, в том числе водонасыщенных грунтах, в маловлажных пылеватых и мелких песчаных грунтах и др. Для вытрамбовывания котлованов при- меняется навесное оборудование к крану- экскаватору со стрелой-драглайн (рис. 13.7) или (реже) с прямой лопатой либо к трак- тору. Это оборудование состоит из трамбовки, направляющей стойки или рамы и сбросной каретки. При вытрамбовывании котлованов шириной в плане до 0,8—1 м используется сваебойное оборудование. Направляющая стойка изготовляется длиной 8—12 м из трубы, либо из двух швел- леров, либо из четырех уголков, усиленных Рис. 13.7. Экскаватор с навесным оборудованием для вытрамбовывания котлованов 1 — опорная плита; 2—направляющая стойка; 3 — шарнир; 4 — сбросная каретка; 5 — трамбовка; 6 — зубья
306 Глава 13. Проектирование искусственных оснований вертикальным листом, по которому скользит каретка. В верхней части направляющая штанга имеет шарнир, обеспечивающий пере- мещение штанги в двух направлениях и слу- жащий для навешивания ее на стрелу-драг- лайн, а в нижней части — опорную плиту с зубьями, которые погружаются в грунт и пре- дотвращают горизонтальные смещения штан- ги при вытрамбовывании котлованов. Трамбовка, обычно имеющая в плане форму квадрата, прямоугольника или шести- гранника, изготовляется из металлического листа толщиной 10—16 мм путем сварки от- дельных элементов встык с последующим за- полнением бетоном до заданного веса. Сверху трамбовки расположена крышка из листа толщиной 20—30 мм с болтами диаметром 30—60 мм, с помощью которых крышка кре- пится к сбросной каретке. Трамбовка наве- шивается на рабочий трос крана-экскаватора через вставку из троса длиной 0,8—1м, бла- годаря чему исключаются закручивание рабо- чего троса и его преждевременный износ. В целях снижения тягового усилия на лебедку допускается запасовка троса через полиспаст. Сбросная каретка имеет коробчатое сече- ние и обычно состоит из двух швеллеров, уси- ленных накладками и соединенных с трех сто- рон металлическими листами. Каретка наде- вается на направляющую штангу и удержи- вается на ней с помощью пазов или полок швеллеров. При использовании сваебойного агрегата для вытрамбовывания котлованов в качестве трамбовки применяется полый металлический шаблон, сваренный из листов и закрепленный болтами на молоте. Эффективность вытрамбовывания котло- ванов определяется в основном теми же фак- торами, что и эффективность уплотнения грун- тов тяжелыми трамбовками. Котлованы вытрамбовываются под от- дельно стоящие фундаменты с плоской или за- остренной подошвой, ленточные прерывистые фундаменты, а также фундаменты с уширен- ным основанием, получаемым путем втрамбовы- вания отдельными порциями в дно вытрамбо- ванного котлована жесткого материала (щеб- ня, гравия, песчано-гравийной смеси, круп- ного песка и т. д.). Перед началом производства работ по вытрамбовыванию котлованов обычно прово- дятся опытные работы в два этапа. На первом этапе, выполняемом с целью отработки тех- нологии производства работ, определяют: среднее число ударов трамбовки заданного веса, размеров и оптимальную высоту сбра- сывания для вытрамбовывания котлованов не- обходимой глубины; для фундаментов с уширенным основани- ем из жесткого материала количество и объем засыпки жесткого материала, а также необ- ходимое число ударов для втрамбовывания каждой порции засыпки в дно котлована; для ленточных прерывистых фундаментов минимально допустимые расстояния между двумя соседними котлованами при различной глубине их вытрамбовывания. На втором этапе определяются плотность сухого грунта, влажность, прочностные харак- теристики ф и с уплотненного грунта, размерь! уплотненной зоны вокруг вытрамбованного котлована, а также размеры уширенного ос- нования при втрамбовывании в дно котлова- на жесткого материала. Кроме этого, в необ- ходимых случаях проводят испытания опыт- ных фундаментов на вертикальные и горизон- тальные нагрузки и определяют модули де- формации уплотненных и неуплотненных грун- тов. Опытные работы по вытрамбовыванию котлованов производятся на площадке, рас- положенной в непосредственной близости от строящегося объекта, в котловане, отрытом на проектную глубину, трамбовками всех ви- дов и размеров, применяемыми‘для устройст- ва фундаментов. В процессе опытных работ понижения дна котлована после каждых двух ударов трамбовки замеряют нивелированием ее верха. На основе этого строится' график по- нижения дна котлована в зависимости от чи- сла ударов трамбовки (по аналогии с рис. 13.1). При вытрамбовывании котлованов под ленточные прерывистые фундаменты, а также под столбчатые фундаменты при расположе- нии их в осях на расстояниях менее 2йт (где bm — ширина котлована в среднем сечении) дополнительно замеряются вертикальные и го- ризонтальные перемещения грунта на окру- жающей их поверхности по двум створам. Для фундаментов с уширенным основани- ем опытные работы производятся, как прави- ло, с втрамбовыванием жесткого материала трех различных объемов. После втрамбовывания по оси котлована закладывают шурфы или разрабатывают тран- шеи на глубину не менее 2bm ниже его дна с таким расчетом, чтобы одна из стенок шур- фа проходила через центр котлована. При этом определяют влажность, плотность сухого уплотненного грунта, форму и размеры уплот- ненной зоны и уширенного основания, а также отбирают монолиты уплотнённого грунта с
13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов 307 целью определения его прочностных характери- стик <р и с. На втором этапе опытных работ произво- дятся испытания опытных фундаментов вер- тикальными и горизонтальными нагрузками. Для вытрамбовывания котлованов трам- бовка устанавливается по центру и осям бу- дущего фундамента и трамбование производит- ся последовательным сбрасыванием трамбовки по направляющей штанге с высоты 3—8 м. Высота сбрасывания трамбовки назначается такой, чтобы погружение трамбовки за один удар не превышало 0,15 глубины котлована; исключалось засасывание трамбовки, обеспе- чивалась сохранность стенок котлована и т. п. Для доуплотнения верхнего слоя дна котло- вана последний удар трамбовки делается с высоты около 1м. Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована производится, как правило, сра- зу же после вытрамбовывания котлована без изменения положения механизма и направля- ющей штанги. Засыпка и втрамбовывание жесткого ма- териала в вытрамбованный котлован произво- дится отдельными порциями из расчета за- полнения котлована на 0,6—1,2 м по высоте и выполняется при поднятой трамбовке мер- ными емкостями (например, ковшом автопо- грузчика). Каждая порция материала засы- пается после втрамбовывания предыдущей порции до проектной глубины котлована или отметки, указанной в проекте. Жесткий ма- териал втрамбовывается в дно котлована сбрасыванием трамбовки с высоты 4—8 м. При осыпании грунта со стенок котлована вы- сота сбрасывания трамбовки снижается до 3— 4 м. Втрамбовывание жесткого материала про- должается до тех пор, пока не будет погру- жен в грунт заданный в проекте объем мате- риала. Втрамбовывание последней порции ма- териала допускается прекращать, Не доходя до проектной отметки, если после 12 ударов трамбовки понижение трамбуемой поверхно- сти за 1 удар менее 3—4- см. Смещение центров вытрамбованных кот- лованов от проектного положения не должно превышать 0,1 его ширины поверху или 0,05 при наличии стакана для установки колонны. При невыполнении этих условий перед сдачей котлованов производится соответствующая подрезка его боковых стенок вручную с уда- лением или доуплотнением осыпавшегося грунта на дно котлована. Приемка-сдача готовых котлованов под бетонирование фундаментов осуществляется отдельными захватками (секциями). Каждый котлован очищается от рыхлого и разуплот- ненного грунта на дне и стенках котлована и для исключения влияния атмосферных воздей- ствий, а также с учетом требований техники безопасности закрывается крышкой. Вытрамбовывание котлованов в зимнее время должно производиться при талом состо- янии грунта при его природной влажности. При промерзании грунта на глубину более 30 см перед началом работ по вытрамбовы- ванию котлованов его оттаивают на всю тол- щу мерзлого слоя. Перед вытрамбовыванием котлованов снег и лед с поверхности грунта удаляются. При производстве работ по вы- трамбовыванию котлованов и втрамбовыванию жесткого материала в дно котлована не до- пускается попадание в котлован комьев сне- га, льда, мерзлого грунта. Втрамбовывание жесткого материала в дно котлована в зим- них условиях должно'производиться сразу же после вытрамбовывания котлована, пока грунт не замерз. После втрамбовывания материала котлованы должны закрываться утепленны- ми крышками с тем, чтобы сохранить талое состояние грунта на дне и стенках котлованов до бетонирования фундаментов. 13.1.7. Глубинное уплотнение пробивкой скважин Глубинное уплотнение грунтов пробивкой скважин (грунтовыми сваями) (рис. 13.8) за- ключается в том, что в уплотняемом массиве пробивают ударным снарядом скважины с вы- теснением грунта в стороны и созданием во- круг них уплотненных зон. Затем эти скважи- ны засыпают местным грунтом с послойным уплотнением тем же снарядом. При располо- жении скважин на определенных расстояниях I, обычно изменяющихся от 2,5 до 5 диаметров скважины, получается массив уплотненного грунта, характеризующийся повышенными прочностными характеристиками и более низ- кой сжимаемостью. За счет частичного выпо- ра грунта при пробивке скважин верхняя часть уплотненного массива, называемая бу- ферным слоем, разуплотняется и перед за- кладкой фундаментов ее снимают или доуп- лотняют [3]. Глубинное уплотнение пробивкой скважин применяется в просадочных лессовых и насыпных глинистых грунтах при степени их влажности 0,3—0,7. Для пробивки скважин и уплотнения за- сыпаемого в них грунта применяются станки ударно-канатного бурения БС-1М. или БС-2 и навесное оборудование к крану-экскавато- ру. Станки БС-1М. имеют штангу (ударный снаряд) весом 28—32 кН с наконечником диа- метром 325—425 мм И обеспечивают 44—-52 удара в 1 мин с высоты 0,9—1,1 м, при кото-
308 Глава 13. Проектирование искусственных оснований рых достигается пробивка скважин диаметром 0,5—0,55 м и создается уплотненная зона ра- диусом 0,7—0,9 м. Навесное оборудование к крану-экскава- тору для пробивки скважин, близкое по кон- $ Рис. 13.8. Расположение скважин (о) и разрез уплот- ненного массива (б) грунтовыми сваями 1 пробитые скважины; 2 — уплотненные зоны во- круг скважин струкции к описанному выше (см. рис. 13.7), включает направляющую штангу и пробивной снаряд в виде штанги с наконечником диамет- ром 520—820 мм, весом 30—55 кН, сбрасыва- емый с высоты 4—10 м. При таком диаметре наконечника обеспечивается возможность про- бивки скважин диаметром 0,7—1 м и созда- ния уплотненной зоны радиусом 1,2—1,8 м. Опытные работы по глубинному уплотне- нию пробивкой скважин выполняются перед началом производства работ с целью уточне- ния: расстояния между скважинами; расхода грунта для заполнения скважин; минимально допустимой степени плотности грунта в уп- лотненном массиве; технологии производства работ. Опытное уплотнение производится от- дельными скважинами на глубину не менее 15 диаметров пробивного снаряда с закладкой контрольного шурфа для отбора проб на влажность и плотность грунта. Производство работ по глубинному уплот- нению просадочных грунтов пробивкой сква- жин включает: подготовку котлована для уп- лотнения, пробивку скважин, заполнение сква- жин грунтовым материалом и пооперационный контроль качества выполненных работ. Котлованы для глубинного уплотнения пробивкой скважин разрабатываются по всей площади здания или отдельными участками с учетом последующего удаления или доуплот- нения буферного слоя. Во всех случаях дол- жен полностью срезаться почвенно-раститель- ный слой грунта, содержащий более 0,05 ор- ганических остатков. Пробивку скважин, как правило, осуще- ствляют при природной влажности грунта. Ес- ли влажность грунтов значительно ниже опти- мальной, при пробивке скважин подливают воду, необходимое количество которой подби- рается опытным путем. При наличии переувла- жненных грунтов для проходки скважин при- меняют ударный снаряд с наконечником меньшего диаметра с соответствующим умень- шением расстояния между скважинами. В слу- чаях, когда переувлажненный грунт залегает линзами непосредственно с поверхности, произ- водят замену его грунтом оптимальной влаж- ности и пробивку скважин ведут через насып- ной слой. При этом перед устройством фунда- ментов верхнюю часть уплотненного грунта доуплотняют тяжелыми трамбовками на глу- бину не менее 2 м. При пробивке скважин положение мачты должно быть вертикальным. Скважины проби- вают через одну. Пропущенные скважины про- бивают после полного заполнения предыдущих грунтовым материалом. Обычно при глубинном уплотнении станки ударно-канатного бурения работают попарно с таким расчетом, что один станок пробивает скважины, а другой уплот- няет засыпаемый в них грунт. При необходимости повышения прочности в нижней части уплотненного массива и со- здания под ним основания повышенной несу-
13.1. Поверхностное и глубинное уплотнение грунтов 309 щей способности в дно пробитой скважины втрамбовывается жесткий грунтовый материал (щебень, гравий, песчано-гравийная смесь, крупный песок и т. п.). Жесткий грунтовый материал отсыпается отдельными слоями вы- сотой 0,8—1,2 d (где d — диаметр скважины) и втрамбовывается до отказа, т. е. когда по- нижение дна скважины за 25 ударов не пре- вышает 2 см. В нижнюю часть уплотненного массива жесткий грунтовый материал отсы- пается слоями толщиной 1,5—2 d и уплотня- ется 25—30 ударами трамбовки (в течение 0,5 мин). Засыпка верхней части скважин, а также по всей их глубине в случае применения обыч- ного глубинного уплотнения выполняется мест- ным лессовым или глинистым грунтом с влажностью, близкой к оптимальной. Откло- нение влажности засыпаемого в скважины гли- нистого грунта от оптимальной допускается не более чем на +0,02 или —0,06. Для засыпки грунтового материала в сква- жины обычно используют малогабаритные бульдозеры (например, ДТ-54), оборудован- ные совками-дозаторами с таким расчетом, чтобы вместимость их составила 0,25—0,3 м3. Грунтовый материал в скважины засыпают при поднятом ударном снаряде. При пооперационном контроле за качест- вом работ по пробивке скважин проверяются их диаметр, глубина и расстояние между скважинами поверху. В том случае, если по- лучившиеся расстояния между скважинами превышают заданные в проекте более чем на 20—25 %, проходят дополнительные скважины наконечником меньшего диаметра (210—250 мм). При заполнении скважин грунтовым ма- териалом контролируются объем грунта в каждой отсыпаемой порции, влажность отсы- паемого глинистого грунта, однородность его состава на основе визуального осмотра, число ударов трамбующего снаряда для уплотне- ния каждой порции грунта. В необходимых случаях после завершения работ определяются плотность сухого грунта и его влажность пу- тем проходки шурфов или радиометрических скважин 13.1.8. Уплотнение подводными и глубинными взрывами Уплотнение грунтов взрывами заключает- ся в одновременном взрывании в водной или грунтовой среде установленных по определен- ной сетке на некоторой глубине от поверх- ности (рис. 13.9) зарядов взрывчатого веще- ства (ВВ), под воздействием которых происхо- дит разрушение существующей структуры грунта и его дополнительное уплотнение. При этом с целью снижения прочности маловлаж- ных грунтов до минимального значения и со- здания наиболее благоприятных условий для разрушения существующей структуры и уплот- нения грунта до взрывов производят предвари- тельное его замачивание. При уплотнении подводными взрывами заряды ВВ взрываются в водной среде. Слой Рис. 13.9. Схемы уплотнения грунтов а—подводными; б — глубинными взрывами; 1—кот- лован; 2 —- уровень воды; 3 — обвалование котлова- на; 4— заряды взрывчатого вещества; ,5—скважины для установки зарядов; 6 — дренажные скважины воды, расположенный под зарядами, обеспе- чивает равномерную передачу взрывного воз- действия на грунт. Столб воды, находящийся выше ВВ, служит для гашения энергии взры- ва, направленной вверх. В процессе глубин- ных взрывов пригрузку создает верхний слой грунта, в связи с чем заряды ВВ располага- ются на достаточной глубине. Уплотнение подводными взрывами (см. рис. 13.9, а) выполняется в котлованах с вы- сотой столба воды не менее 1,3—1,5 м с та- ким расчетом, чтобы толщина воды над заря- дами была не менее 1 м, ниже — равнялась 0,3—0,4 м. Заряды ВВ массой 0,5—1,5 кг ус- танавливаются по сетке через 0,6—1,2 м. В ре- зультате подводного взрыва происходит уп- лотнение под влиянием как взрывного воздей- ствия, так и собственного веса грунта с по- нижением уплотненной поверхности на 0,3— 0,8 м и образованием по ее периметру трещи- ны-уступа. Максимальное значение плотности сухого грунта при уплотнении подводными взрывами наблюдается на глубине 0,2—0,3 м от поверхности, а ниже — уменьшается до природной. Глубина уплотнения подводными взрывами в зависимости от грунтовых усло- вий, величины зарядов обычно составляет 1 — 4 м. Уплотнение глубинными взрывами (см. рис. 13.9, б) также производится в котлованах глубиной 0,3—1 м. Маловлажные грунты обычно предварительно замачивают через дре- нажные скважины, что снижает продолжи- тельность замачивания, расход воды и расте- кание ее в стороны. Заряды ВВ массой '5— 12 кг устанавливаются на глубине 3—12 м и
310 Глава 13. Проектирование искусственных оснований в скважинах, расположенных на расстоянии 4—10 м одна от другой. При глубинном взры- ве происходит уплотнение грунта в нижней ча- сти массива с понижением уплотненной по- верхности на 0,5—2,5 м и образованием по ее периметру трещин с уступами. Толщина верх- него недостаточно уплотненного слоя грунта в зависимости от его вида изменяется от 2—3 до 5—6 м. Уплотнение подводными взрывами при- меняется в просадочных лессовых грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности, рыхлых песчаных и глинистых грунтах, в том числе намывных и насыпных, а глубинными взрывами — в просадочных лессовых грунтах с II типом грунтовых условий по просадочно- сти, в рыхлых песчаных, супесчаных грунтах, главным образом намывных под воду. Наи- большая эффективность достигается при уп- лотнении взрывами песчаных грунтов, супесен, а также лессовидных суглинков с плотностью сухого грунта до 1,45 т/м3 и числом пластич- ности до 0,14. В плотных глинистых грунтах с большим содержанием глинистых частиц прочность оказывается достаточно высокой, поэтому такие грунты при взрывном воздей- ствии полностью не разрушаются, в результате чего могут образоваться камуфлетные полос* ти, не заполненные грунтом. При уплотнении грунтов подводными и глубинными взрывами необходимо учитывать возникновение опасных зон, влияние на эффек- тивность уплотнения степени влажности грун- тов, консолидацию по мере снижения влажно- сти уплотненных грунтов и другие факторы. Опасные зоны по действию воздушной волны и колебаниям грунтового массива определяют- ся в основном массой одновременно взрывае- мого заряда и обычно распространяются на расстояние 30—60 м. Наибольшая эффектив- ность уплотнения взрывами достигается при степени влажности грунтов 0,7—0,8. При такой влажности прочностные характеристики сни- жаются до минимальных величин, и в грунте сохраняются заполненные, воздухом поры, способствующие интенсивному уплотнению грунта в процессе взрывов и после них. Качество уплотнения грунтов поверхност- ными и глубинными взрывами определяется по общей величине осадки поверхности, а так- же определением плотности сухого уплотнен- ного грунта радиоизотопными методами, ме- тодом режущего кольца и др. 13.2. ИНЪЕКЦИОННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ ГРУНТОВ СПОСОБАМИ СИЛИКАТИЗАЦИИ И СМОЛИЗАЦИИ1 13.2.1. Общие положения Силикатизация и смолизация грунтов при- меняются для повышения несущей способности оснований и устройства фундаментов из укреп- ленного грунта. Этот метод может применять- ся в песчаных грунтах с коэффициентом фильт- рации от 0,5 до 80 м/сут и в лессовых проса- дочных грунтах с коэффициентом фильтрации от 0,2 до 2,0 м/сут. Силикатизация и смоли- зация грунтов осуществляются путем нагне- тания в грунт через систему инъекторов или скважин водных растворов или смесей, при- готовляемых на основе силиката натрия и синтетических смол с отвердителем. Для за- 1 В составлении и, 13.2 принимали участие Л. И. Кудренков и А. Ф. Селезнев. Рис. 13.10. Опоры из силикатизированного лессового грунта под строящееся здание 1— фундамент; 2 — незакрепленный грунт; 3 — за- крепленный силикатизацией грунт; 4 — непросадоч- ный грунт Рис. 13.11. Технологические схемы химического за- крепления грунтов под фундаментами существующих зданий 1 — фундамент; 2 — инъекторы; 3 — закрепленный грунт
Глава 13. Проектирование искусственных оснований 311 ТАБЛИЦА 13.6. СПОСОБЫ ХИМИЧЕСКОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ Й ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ Способ Реакция среды закрепляющих реагентов Область применения Коэффициент фильтрации грунтов, м/сут Прочность, закрепленного грунта при сжатии*, МПа Двухрастворная силикатизация Щелочная В песках гравелистых, крупных 5—80 2,0—8,0 на основе силиката натрия и хлористого кальция и средней крупности 5,0 1,0—5,0 Однор а створи ая силикатизация В песках средней крупности, 0,5—20 на основе силиката натрия и мелких и пылеватых, в том чис- 3,0 кремнефтористоводородной кис- ле карбонатных ЛОТЫ Однорастворная силикатизация » В просадочных грунтах, обла- 0,2—2,0 0,5—1,5 на основе силиката натрия дающих емкостью поглощения не менее 10 мг-экв иа 100 г су- хого грунта и степенью влаж- 1,0 ности не более 0,7** 0,5—3,5 Газовая силикатизация на ос- » То же** 0,2—2,0 нове силиката натрия и угле- кислого газа В песках средней крупности, мелких и пылеватых, в том чис- ле карбонатных 0,5—20 0,5—20 2,0 1,0—5,0 3,0 1,0—0,3 Однорастворная силикатизация То же на основе силиката натрия и формамида с добавкой кремне- 2,0 фтористоводородной кислоты Однорастворная силикатизация Кислая В песках средней крупности, 0,5—10 0,2—0,5 на основе силиката натрия и мелких и пылеватых 0,35 ортофосфорной кислоты Однорастворная силикатизация Щелочная В песках средней крупности, 0,5—10 0,2—0,3 на основе силиката .натрия и мелких и пылеватых, в том 0,25 алюмината нэгрия числе карбонатных 0,5—50 2,0—8,0 Однораствор-;ая смолизация на Кислая В песках всех гидов от пылева- основе карбамидных смол марок тых до гравелистых, кроме кар- 5,0 М, М-2, М-3, МФ-17 и соляной бонатных кислоты То же, и щавелевой кислоты В песках всех видов от пыле- 0,5—50 2,0—8,0 ватых до гравелистых 5,0 * Под чертой даны средние значения прочности закрепления. ** При других характеристиках грунтов возможность применения силикатизации устанавливается опыт-, ным путем. Рис. 13.12. Схема закрепления грунтов под фундамен- тами существующих зданий по горизонтальной тех- нологии а — план; б — разрез; 1 — инъекторы; 2 — технологи- ческие колодцы; 3— закрепленный массив крепления песчаных и просадочных лессовых грунтов применяются способы, описанные в табл. 13.6. На рис. 13.10—13.12 даны схемы инъекционного закрепления грунтов. При закреплении песчаных грунтов двух- растворной силикатизацией плотность раство- ра силиката натрия назначают в зависимости от коэффициента фильтрации грунтов соглас- но табл 13.7, а плотность раствора хлористо- го кальция принимают 1,26—1,28. Для без- водного хлористого кальция указанным ве- личинам плотности соответствуют 28—30 %- ные значения концентрации. Рецептуры геле- образующих смесей, применяемые при одно- растворной силикатизации песков, приведены в табл. 13.8; компоненты газовой силикатиза- ции — в табл. 13.9. ТАБЛИЦА 13.7. ПЛОТНОСТЬ РАСТВОРА СИЛИКАТА НАТРИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО ДЛЯ ДВУХРАСТВОРНОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ песчаных грунтов (при температуре 18 °C) Коэффициент фильтрации, м/сут Плотность раствора, г/см3 2—10 10—20 20-80 1,35—1,38 1,38—1,41 1,41—1,44
312 Глава 13. Проектирование искусственных оснований ТАБЛИЦА 13.8. РЕЦЕПТУРЫ ГЕЛЕОБРАЗУЮЩИХ СМЕСЕЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ОДНОРАСТВОРНОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ № ре- цепту- ры Крепитель Плотность крепите, ля, г/см3 Отвердитель Плотность отверди- теля, г/см3 Объемное отношение отверди- теля к крепителю продол- житель- ность ге- леобразо' ванпя, мин Порядок приго- товления смеси 1 Силикат натрия (модуль 2,8—3,1) 1,25—1,3 Кремнефторис- товодородная кислота 1,1—1,08 0,12—0,2 10—20 при /=20°С 60 при /=5°С Отвердитель до- бавляют к крепи- телю 2 То же 1,15 Алюминат натрия 1,05 0,2—0,25 60—180 То же 3 1,19 Ортофосфорная кислота 1,025 3,4—6 60—600 Крепитель добав- ляют к отверди- телю 4 Силикат натрия (модуль 3,3—3,4)* 1,28—1,3 50 %-ный раствор формамида 1,073 0,3—0,5 15—180 Отвердитель до- бавляют к крепи- телю 5 Силикат натрия (модуль 2,8—3,1) 1,28 Этилацетат Контакт Петро- ва* '— 0,03—0,1 0,04—0,06 30—72 Крепитель смеши- вают с контактом Петрова и в по- лученную смесь добавляют этил- ацетат * Раствор силиката повышенного модуля получают путем обработки силиката модуля 2,5—3,0 кремне- фтористоводородной кислотой плотностью 1,1—1,08 в количестве 5—6 % по объему. * * Контакт Петрова предварительно разбавляют водой в соотношении 1 : 3. ТАБЛИЦА 13.9. ТЕХНОЛОГИЯ ГАЗОВОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЕСЧАНЫХ И ЛЕССОВЫХ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ № рецеп- туры Грунт Плотность, крепителя, г/см3 Расход крепителя в долях от объе- ма пор Расход отверди- теля. кг на 1 м3 грунта Последовательность закачи- вания компонентов в грунт 1 Песок 1,19—1,3 0,8 4—6,5 Углекислый газ (2—2,5 кг), силикат натрия, углекислый газ (2—4 кг) 2 Просадочный лес- совый 1 з 9 2 0,8 5—7,5 Углекислый газ (2—3 кг), силикат натрия, углекислый газ (3—4,5 кг) Примечание. Крепитель — силикат натрия; отвердитель — углекислый газ в баллонах. ТАБЛИЦА 13.10. ГОСТЫ НА ХИМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ Реактив Стандарт Физическое состояние реактива Силикат натрия Хлористый кальций Ортофосфорная кислота Кремнефтористоводородная кислота Углекислый газ Т А Б ЛЩ Ц А 13.11. ФИЗИКО-ХИМИЧГ ГОСТ 13079—81 ГОСТ 450—77 ТУ 10678-76 ГОСТ 6552—80 ГОСТ 8050—76 ДСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ С Жидкость Комки Жидкость » Сжиженный ИЛИКАТА НАТРИЯ Значения показателей для силиката натрия Показатели содового содово-сульфатного Внешний вид Содержание компонентов, %: кремнезема ........ окиси железа и окиси алюминия, не более . окиси кальция, ие более . серного ангидрида (в пересч--е на серу), не более . окиси натрия „ , . . в . . 4 u . й , Силикатный модуль . а . Плотность, г/см3 . ............ Химические материалы, применяемые д закрепления грунтов способом силикатизащ должны удовлетворять требованиям действ ющих стандартов (табл. 13.10). Густая жидкость желтого или серого цвета без меха- нических включений, види- мых невооруженным глазом 31—33 0,25 0,2 0,06 10—12 2,65—3,4 1,36—1,5 пя Силикат натрия и, сульфатный) доставл у- виде силикат-глыбы 1,4—1,5 г/см3. Раствс Густая жидкость от желтого до коричневого цвета без механических включений, видимых невооруженным глазом 28,5—29,5 0,4 0,25 0,4 10—11 2,65—3,4 1,43—1,5 (содовый ИЛИ содово- яются к месту работы в или раствора плотностью эр силиката натрия дол-
13.2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации 313 жен отвечать требованиям ГОСТ 13079—81. По физико-химическим показателям силикат натрия должен соответствовать данным табл. 13.11. Силикатный модуль есть отношение числа грамм-молекул кремнезема SiO2 к числу грамм-молекул окиси натрия Na2O. Силикат- ный модуль является основной характеристикой силиката натрия, определяющей его состав. В процессе производства работ модуль употреб- ляемых растворов силиката натрия подлежит контрольным определениям. Применяемый при однорастворной сили- катизации в качестве отвердителя (коагулян- та) алюминат натрия должен удовлетворять следующим требованиям: каустический мо- дуль 1,5—1,7 (отношение Na2O/Al2O3), круп- ность дробления 5—6 мм; содержание нера- створимых взвешенных частиц 1—2 %. Ре- цептуры растворов при однорастворной смо- лизации песчаных грунтов приведены в табл. 13.12. Преимуществом смолизации перед одно- растворной силикатизацией песков является возможность значительно более прочного за- крепления грунтов. Для глубинного закрепле- ния смолизацией, не связанного с последую- щим вскрытием закрепленных грунтов (напри- мер, при усилении оснований, устройстве фун- даментов или защитных стенок), следует применять способы на основе карбамидных смол марок М, М-2, МФ-17. При смолизации грунтов с целью проходки подземных выра- боток допускается применять способы на ос- ТАБЛИЦА 13.12. РЕЦЕПТУРЫ РАСТВОРОВ ДЛЯ СМОЛИЗАЦИИ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ № рецептуры Марка крепи- теля (кар- бамид- ной смолы) Плотность крепителя при/=18°С, г/см3 Отвердитель Плотность отвердите- ля, г/см3 Объемное отношение отверди- теля к г.репителю Про- дол жи- тель - ность гелеоб- разова- ния, мин Порядок приготовления смеси 1 М 1,08 5 %-ная соляная кислота 1,023 0,05—0,06 40—180 В смолу при тщательном перем е ш ива н ни вливают кислоту 2 М-2 1,09—1,1 5 %-ная щавелевая кис- лота 1,023 0,12—0,14 60—180 То же 3 М-2 1,09—1,1 5 %-ная соляная кисло- та 1,023 0,07—0,08 50—150 4 М-17 1,08—1,09 То же 1,09—1,1 0,08—0,10 40—150 » 5 М-3 1,12—1,13 » 1,023 0,03—0,05 25—150 » 6 М-3 1,178—1,18 Азотнокис лый а м м о и им 5 %-ная соляная кисло- та 1,1—1,2 1,023 1—2 0,25—0,35 30—150 Крепитель смешивают с азотнокислым аммони- ем, затем добавляют кислоту 7 М-3 1,178—1,18 Сульфитно-спиртовая барда 5 %-ная соляная кислота 1,15—1,10 1,023 1—2 0,25—0,35 30—180 К сульфитно-спиртовой барде добавляют кисло- ту, затем кислый раствор сульфитной барды сме- шивают с крепителем Примечание. Способ смолизации по рецептуре № 2 применяется для закрепления карбонатных пес- ков. ТАБЛИЦА» 13.13. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАРБАМИДНЫХ СМОЛ Показатели Значения показателей для смол марки М (МРТУ 05-1101-67) М-2 (МРТУ 05-1101=67) М-3 (ВТУ 1Г-151-70 МФ-17 (МРТУ 6-05-100-66) Внешний вид Сиропообразная жидкость однотонная по Однотонная вязкая жид- цвету. Допускается мутность в виде устойчи- вых кристаллов кость белого или светло-ко- ричневого цвета. Допуска- ется мутность Плотность при ?=20 °C, г,'см3 1,15—1,2 1,15—1,2 1,15—1,2 1,25—1,27 Вязкость при /=20 °C по вис- козиметру ВЗ-1 4—10 4—10 4—35 40—100 Концентрация "водородных ионов, pH 7,2—9 7,2—9 7—9 7,5—8,5 Содержание свободного формальдегида, %, не менее Не опреде- ляется 2 0,5 3 Растворимость в воде Растворяется, до- Не определи- В соотношении При смешивании воды и пускается легкий осадок на дне ется 1:1 смолы раствор не должен коагулировать Примечание. Срок хранения смол марок М, М-2 М-3 — не более 3 мес, марки МФ-17—не более й M.80J
314 Глава 13. Проектирование искусственных оснований нове смолы марки М-3, содержащей наимень- шее количество свободного формальдегида (0,3—0,5 %). Рабочая концентрация смолы достигается • следующим образом: крепитель. М-2 разбавля- ется водой в соотношении 1 : 0,8 до плотности раствора 1,09 г/см3, являющейся нижним пре- делом разбавления; крепитель М-3 разбавля- ется водой в соотношении 1 : 0,5 до плотности раствора 1,12 г/см3; крепитель МФ-17 разбав- ляется водой в соотношении 1 : 2 до плотности 1,08 г/см3. При разбавлении смолы растворами азотнокислого аммония или сульфитно-спирто- вой барды раствор наиболее стабилен в отно- шении продолжительности гелеобразования. Применяемые при смолизации в качестве крепителей растворы карбамидных смол по фи- зическим и химическим характеристикам долж- ны удовлетворять нормам, приведенным в табл. 13.13, а щавелевая (кристаллогидрат) и соля- пая (жидкость) кислоты — требованиям ТУ II-1391-5 и ГОСТ 13282—76. 13.2.2. Расчет основных параметров Расчетный радиус закрепления при сили- катизации и смолизации грунта зависит от водопроницаемости грунтов и определяется по табл. 13.14. При создании сплошного закреп- ленного массива инъекторы или скважины в плане располагаются рядами в шахматном порядке (рис. 13.13 и 13.14). Расстояния меж- ду рядами инъекторов и инъекционных сква- жин вычисляются по формуле Zd-l,5r, (13.3) ТАБЛИЦА 13.14. РАСЧЕТНЫЙ РАДИУС ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПРИ СИЛИКАТИЗАЦИИ И СМОЛИЗАЦИИ ГРУНТОВ Способ Грунт Коэффициент фильт- рации, м/сут Радиус закрепления грунта9 м Двухрастворная силикатизация Пески разной крупности 2—10 10—20 20—50 50—80 0,3—0, 4 0,4—0,6 0,6—0,8 0,8—1 Однорастворная силикатизация То же 0,5—1 1—2 2—5 0,4—0,6 0,6—0,8 0,8—1 Газовая силикатизация $ 0,5—1 1—5 5—20 0,3—0,5 0,5—0,8 0,8—1 Однорастворная силикатизация Просадочный лессовый 0,2—0,3 0,3—0,5 0,5—2 0,4—0,6 0,6—0,8 0,8—1 Смолизации Пески разной крупности 0,5—1 5—10 10—20 20—50 0,3—0,5 0,5—0,65 0,65—0,85 0,85—0,95 0,95—1 а расстояние между ними в ряду — по форму- ле /оЧ —1,73 г. (13.4) где г — расчетный радиус закрепления от одиночной инъекции, м. Для непрерывного закрепления грунтов одним инъектором или через инъекционную скважину по глубине (вертикально, наклонно или горизонтально) закрепляющие реагенты нагнетают последовательно — заходками. Величина заходки определяется по выра- жению (13.5) где I — длина перфорированной (действующей) части инъектора (скважины), м; k — коэффициент, прини- маемый для песков 0,5, для лессовых грунтов 0,5. Объем закрепленного грунта, м3, от оди- ночной инъекции в одну заходку (136) Объемы закрепляющих растворов, л, с ра- бочими концентрациями в общем случае на- ходятся по зависимости Vsoi^lQWsina, (13.7) где п — пористость грунта, доли единицы: а — коэф- фициент, принимаемый при двухр?створной силикати- зации для каждого раствора 0.5: при однорастворной, силикатизации — песков 1,2, лессовых просадочных грунтов 0,7; при смолизации песчаных грунтов 1,0; при газовой силикатизации — песчаных грунтов 0,7, плывунов и просадочных лессовых грунтов 0,8; V& — общий объем закрепленного грунта. Объем раствора крепителя с рабочей кон- центрацией на одиночную инъекцию при одно- растворном закреплении песчаных грунтов оп- ределяется по формуле
13.2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации 315 Рис. 13.13. Расчетная схема инъекционного химиче- ского закрепления грунтов а — для одиночной заходки; б — длг сплошного мас- сива; 1 — инъекторы; 2 — расчетный массив закреп- ленного грунта от одной заходки. 3 — действитель- ный массив з?г репленного грунта для однородной среды; 4 — перфорированная часть инъектора; 5 — сплошной массив закрепленного грунта где V — объем гелеобразующей смеси на одиноч- ную инъекцию, л; а—объемное отношение отверди- теля к крепителю для данной рецептуры. Объем отвердителя рабочей концентрации находится как разность объемов гелеобразую- щей смеси и крепителя. Количество исходного раствора химиче- ских реагентов, л, необходимое для приго- товления заданного объема раствора рабочей концентрации, для всех способов определяется по выражению = (₽»/ - Р») “«Л»; - ₽»)’ <13 9) где р j — плотность _ исходного раствора, г/см3; ‘°soZ —плотность раствора рабочей концентрации, г/см3; р w—плотность воды, принимая равной 1 г/см3. Количество воды, избавляемое к раствору исходной концентрации при приготовлении ра- створа рабочей концентрации, находится как разность объемов этих растворов. При газовой силикатизации количества уг- лекислого газа для предварительной активации грунтов А, кг, и для отверждения силикатно- го раствора в порах грунта В, кг, рассчитыва- ются по формулам: A=Vstncpg- (13.10)) B = Vstnbpg, (13.11) Рис. 13.14. Конструктивные схемы инъекционного за- крепления грунтов основания а — сплошного; б — армированного; в — комбиниро- ванного где pg—плотность углекислого газа, кг/м3; с — коэф- фициент, равный 2,5; Ь—коэффициент, принимаемый для песчаных грунтов 8, для плывунов 10, для проса- дочных грунтов 4. 13.2.3. Оборудование для производства работ Для силикатизации и смолизации песчаных грунтов применяются забивные инъекторы (рис. 13.15—13.17), для силикатизации проса- дочных грунтов — инъекторы переменного (рис. 13.19) и постоянного сечения (рис. 13.16) 3 а для силикатизации просадочных грунтов на больших глубинах через инъекционные сква- жины— 1шъекторы-та|мпоны (рис. 13.18- и 13.20). Для закрепления грунтов через скважины в сложных геологических условиях предназ- начены инъекторы манжетно-тампонного типа (рис. 13.17). При закреплении грунтов по го- ризонтальной технологии применяется манжет- но-тампонный инъектор (измененный вариант), приспособленный к задавливанию в грунт ко- лонны труб. Забивной инъектор для закрепления пес- чаных грунтов состоит из наголовника, колон- ны глухих звеньев труб, перфорированного звена, наконечника и соединительных частей. Колонну глухих труб инъектора составляют из звеньев длиной 1 —1,5 м, имеющих на концах внутреннюю метрическую резьбу по длине
316 Глава 13. Проектирование искусственных оснований а} Ф60 50 252525 1000 II V3 6 7 8 4 9 -©-j 10 11 1^ 12 13 19 15 п 3 Шайба толщ. 1,5мм Манжетио- инъектор 3 2 Резина толщ.!,5-1}0мм 2 — стенка 3 — отвер- Резинобое ^/кольцо ' тодщ. 15-2,0нм, Рис. 13.17. тампонный Ф25 33 1?1 ЫЗ Рис. 13.16. инъектор для силикати- зации и смолизации пес- чаных грунтов а — перфорированные звенья с резиновыми клапанами; б — то же, с резиновыми кольцами б-б $37 Рис. 13.15. Забивной инъ- ектор для силикатизации и смолизации песчаных грунтов 1 — наконечник; 2 — пер- форированное звено; 3— соединительный ниппель; 4 — глухое звено; 5 — заглушка; ник; 7 — ловника; гайка; 9 - шланг; 11 звено; 6 — наголов- ниппель наго- 8 — прижимная - штуцер; 70 — — хомутик 1 — тампон; скважины; стпя; 4 — резиновая ман- жета; 5 —- колонна труб; 6 — перфорированная часть; 7 — обойменный глиноцементный раствор а} 5 Рис. 13.18. Ппъекторы- тампоны пневматические а — одинарный; б—двой- ной; 1 — гайка; 2 — шай- бы; 3—кольцо уплотни- тельное; 4, 10—штуцера; 5,9 — хомуты; 6 — шланг для раствора; для воздуха кладка; верхняя; опорная манжета рованной труба; 15 — муфта опор- ная нижняя; 16 — за- глушка; 17 — муфты; 18 — перфорированная труба 7 — шланг 8 — про- — крышка 12 — муфта верхняя; 13 — из вулканизи- резины; 14 — 11 10 3 7 18 10
13.2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации 317 ТАБЛИЦА 13.15. ПЕРЕЧЕНЬ ОБОРУДОВАНИЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО ПРИ СИЛИКАТИЗАЦИИ И СМОЛИЗАЦИИ ГРУНТОВ Оборудование . Марка Бетонолом . C-35S Перфоратор . ..... Инъектор переменного сече- ПР-24 ПИЯ . . . ИПС-1 Инъекторы-тампоны (гид- равлические, пневматичес- ИТГ-58, ИТГ-124, кие) . ИТП-124, ИТП-58 Установки для бурения скважин . ....... Компрессор ДК-9 Центробежный насос . . ЗК-45/55 ЦЗК-6) Пневмоустановка . ... — Домкрат реечный .... ДР-7 Углекислотный редуктор Электронагревательный эле- УР-7 мент к углекислотному ре- дуктору . ....... Э-12 Весы . ........ РП-150-МГ ТАБЛИЦА 13.16. ХАРАКТЕРИСТИКИ БЕТОНОЛОМОВ Показатели Бетоноломы ПЛ- 1М ИП-4602 (С-358) ИЭ-4601 (С-850) Рабочее давление воздуха, МПа . . 1,5—0,7 0,6 Расход воздуха. м3/мин . .... 1Д 1,6 Число ударов в 1 мин 1250 850 ' 1000 Масса, кг . ... 31,7 16,7 20 Длина, мм .... 635 670 655 Диаметр шланга, мм 16 18 — Мощность электро- двигателя АП-42В, кВ г . ...... 1,2 Напряжение, В . . — J 220 ТАБЛИЦА»} 13.17. ХАРАКТЕРИСТИКИ Рис. 13.19. Забивной инъектор переменно- го сечения для сили- катизации просадоч- ных лессовых грун- тов / <— наконечник; 2 — перфорированное звено; 3 — переход- ный ниппель; 4—глу- хое звено; 5 — нип- пель для соединения глулих звеньев Рис. 13 30. Ииъектор- тампон гидравличе- ский одинарный 1 — шайбы; 2 — коль- ца уплотнительные; 3 — гайки; 4— шту- цер; 5 — хомут; 6 — шланг для раствора; 7 — прокладка; 8 — крышка; 9—муфты опорные; 10—ман- жета из вулканизи- рованной резины; 11 — труба перфори- рованная; 12 — кор- пус клапана; 13 — шайба из резины; 14 — головка клапана 35 мм. Звенья труб соединяются ниппелями. Перфорированное звено инъектора должно иметь длину 0,5—1,5 м и отверстия диамет- ром 2—3 мм. На рис. 13.16 показаны инъекторы посто- янного сечения двух видов. ПЕРФОРАТОРОВ Показатели Перфораторы ПР- -24 Л; ПРШ-' -24 Л ОМ- -506 Л ПРО- -24 Л У ПР-,19 Глубина бурения, м 5 5 4 4 Рабочее давление воздуха, МПа . . 0,4—0.6 0,4—0,6 0,4 0,4 Число ударов в 1 мин 3000 1700 2600 1850 Расход воздуха, м3/мин 3,5 2,2 3,5 2,5 Диаметр шланга, мм 25 19 25 25 Масса, кг . ... 30 29 28,3 20 Наибольший диаметр .колонки, мм „ < - 56 56 56. 40 13.2.4. Технологическая схема закрепления Инъекторы погружают в закрепляемый грунт забивкой, задавливанием и установкой в пробуренные инъекционные скважины. При закреплении грунтов через предварительно П р и меча и и е. Перфоратор марки ПРШ-24Л выпускается с глушителем шума. пробуренные скважины используется буровое оборудование, характеристики которого пред- ставлены в табл. 13.15—13.24. Технологическая схема приготовления ге- леобразующей смеси при однорастворной си- ликатизации и смолизации показана на рис. 13.21, технологическая схема силикатизации
318 Глава 13. П роектирование искусственных оснований ТАБЛИЦА 13.18. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНЪЕКТОРОВ Показатели .Инъекторы ИПС-2 (инъектор переменного сече- ния ) ИТГ-58 ИТГ-124 ИТП-58 ИТП-124 Диаметр: скважины, мм 68 130 68 130 перфорированной части, мм 32 32 32—38 32 32—за Длина перфорированной части, мм . 500 500 500 500 500 Длина запорной части, мм . . 1000 2000 2000 2000 2000 Рабочее давление при закрыва- нии скважины, МПа .... — 0,12—0,35 0,12—0,45 0,3—0,35 0,3—0,45 ТАБЛИЦА 13.19. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИИ Марка компрессора Производи- тельность м'/мин Рабочее flaJ- ление, МПа ПКС 3.5 3,5 0,7 ПКС-5,25 5,25 0,7 ПК-10 10,5 0,7 ПВ-10 10 0,7 6БКМ 25.6 0,8 ПКС-бм G 0,7 ПР-10 10 0,7 просадочных лёссовых грунтов через скважи- ны — на рис. 13.22, а пневматическая установ- ка для нагнетания закрепляющих растворов в грунты изображена на рис. 13.23. При газовой силикатизации нагнетание уг- лекислого газа в грунт (порядок приготовле- ния смеси см. в табл. 13.9) производится в ре- жиме заданного давления, определенного при контрольных работах по закреплению грун- тов. Давление при нагнетании газа для акти- визации грунта не должно превышать 0,15— ТАБЛИЦА 13.20. ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАНКОВ ДЛЯ БУРЕНИЯ ИНЪЕКЦИОННЫХ СКВАЖИН Показатели Станки колонкового бурения Станок вращатель- ного бу- рения ПВБОМ- 15 Станок шнекового бурения УКБ-25 Станки ударно - вращательного бурения Механичес- кий про- боотбор- ник МП-1 КБУ- 50 КБУ- 80 СБА- 500 НКР- юом НКМ-4М Диаметр скважин, мм . . . 5’2; 60; 65 65; 75 59—151 70 62; 70; 102 105 105 60s—9 2 Глубина бурения, м .... 25 30 500 До 50 До 35 1,5-7,0 То же, шнеками 25 30 — 15 15 То же, колонковым снарядом . — ... 15 Длина штанги или шнеков, мм 1000 1220 .— 1000 1213 Масса установки без бурового става» кг ... 500 680 90/165 90 360 460 14 Габариты стажа (с электродви- гателем), мм: длина . 1670 1776 1500 2550 565 ширина , . 0 ИЗО 540 1090 655 1000 355 высота „ р о о о о — 1620 1770 2600 672 850—2200 485 ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ НАГНЕТАНИЯ РАСТВОРОВ В ГРУНТЫ Т А Б Л И Ц А 13.21. Механизм Масса, кг Давле- ние. МПа Произво- дитель- ность, мэ/ч Высота всасы- вания, м Мощность двигате- ля, кВт Диаметр плунжера, мм Число хо- дов плун- жера в 1 мин Условный диаметр па труб-* ков, мм Пневмоустановка с баком диаметром 1220 мм и рабо- чим объемом 1,5 м3 ... Центробежные насосы: 2К20/ЗС (2К-6) .... ЗК45/55 (ЗК-6) .... 4К90/85 (4К-6) .... Насосы-дозаторы: Н Л-1000/10 НД-1600/10 НД-2500/10 . .... 2ДА . ....... 4ДА . 6ДА . ....... 613 72 294 570 150 239 •245 509 733 1165 0,6 0,31 0,54 0,67 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 4,8 19,8 45 90 1,0 1,6 2,5 0,945 3,4 8,28 6 6 5 3 3 3 3 3 3 4,5 14 55 2,2 3 3 1,7 2,8 4,5 60 80 100 25; 40 32; 55 40; 70 100 100 100 150 150 150 50/40 80/50 100/70 32 32 40 20 32 45 '
13.2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации 31,9 ТАБЛИЦА 13.22. ХАРАКТЕРИСТИКИ УГЛЕКИСЛОТНЫХ РЕДУКТОРОВ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ ГРУНТОВ Показатели Углекислотные редукторы ДЗД- -139 М У-Р1 УР-2 Давление, МПа; на входе 15 120 125 на выходе 0,15 6 3 Производитель- ность, л/мин, при давлении 0,5 МПа 6 100 100 Габариты, мм 190Х135Х Х140 1,74 150X94X165 176X94X165 Масса, кг . . . 1,1 1,27 Рис. 13.21. Технологическая схема приготовления ге- леобразующей смеси при однорастворной силикати- зации и смолизации грунтов 1 автоцистерна; 2 — емкость для отвердителя ис- ходной концентрации; 3 — насосы для перекачивания растворов; 4 — емкость для отвердителя рабочей кон- центрации; 5 — дозатор для отвердителя; 6—насосы для нагнетания закрепляющих растворов в грунты; 7 — емкости для гелеобразующей смеси; 8— дозатор для крепителя; 9 — емкость для крепителя исходной концентрации; 10 — емкость для крепителя исходной концентрации; 11 — компенсатор для перемешивания растворов сжатым воздухом; 12 — хранилище для крепителя ТАБЛИЦА' 13.23. ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПОЛЬНЫХ ВЕСОВ ДЛЯ ГАЗОВОЙ СИЛИКАТИЗАЦИИ Показатели Весы РП-150-МГ Рис. 13.22. Технологическая схема силикатизации просадочных лессо- вых грунтов через скважины 1 — стенка скважины; 2 — шланг для подачи закрепляющего раство- ра; 3—инъектор-тампон; 4 — грун- товый массив, за.репленный двумя заходками Пределы взвешивания, кг Погрешность взвешивания, кг ....................... Размеры платформы, мм Габариты, мм ..... . Масса, кг . ...... 10—150 ±0, 15 350X280 49В Х510Х1300 30 ТАБЛИЦА 13.24. ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНЪЕКТОРОВ Показатели Домкрат ДР-7 Автопо- грузчик 4046 Грузоподъемность, т . . Высота подъема, мм . . Габариты, мм ...... 7 350 514Х 230Х Х940 4,5 4000 5945Х2250Х Х3400 Рис. 13.23. Пневматическая установка для нагнета- ния закрепляющих растворов 1 — патрубок с вентилем для подачи раствора к инъ- епторам; 2 — люк для осмотра и чистки емкости; 3 — патрубок с вентилем для подачи сжа-сго воздуха; 4—вентиль, регулирующий давление; 5—манометр; 6 — предохранительный клапан; 7 — патрубок с вен- тилем для заливки растворов; 8 — корпус емкости; 9 — шкала расхода; 10 — водомерное стекло; 11 — па- трубок с вентилем для проб раствора; 12 —- салазки 0,2 МПа, а при подаче газа для отверждения силикатного раствора составляет 0,4—0,5 МПа. Нарушение режима подачи газа и превышение предельных значений давлений может приве- сти к разрывам грунта, а следовательно, к на- рушению монолитности закрепления. Перерыв во времени между нагнетанием силиката натрия и газа не должен превышать 30 мин. Расстояние между инъекторами или сква- жинами, через которые одновременно произ- водится нагнетание газа, должно быть не ме- нее шести радиусов закрепления. 13.2.5. Проектирование оснований и фундаментов из химически закрепленных инъекцией грунтов Нормативные и расчетные характеристи- ки закрепленных грунтов устанавливаются в результате лабораторных исследований и опыт- ных работ в натурных условиях, включающих закрепление грунтов принятым способом и определение соответствующих прочностных и деформационных характеристик закрепленных
320 Глава 13. Проектирование искусственных оснований грунтов. Эти данные должны быть апробиро- ваны контрольным закреплением непосредст- венно перед производством работ и откоррек- тированы при расхождении с проектными дан- ными. Под прочностью закрепленного грунта по- нимается предел прочности при одноосном сжатии образцов из закрепленного грунта в 28-дневном возрасте, определяемый по ГОСТ 17245—79. Исходными материалами для разработки проекта инъекционного закрепления грунтов химическими способами являются: инженерно- геологические и гидрогеологические изыскания на площадке строительства; лабораторные ис- следования и опытные работы в натурных ус- ловиях по химическому закреплению грунтов инъекцией; генеральный план площадки со всеми коммуникациями; технические данные о зданиях и сооружениях, о расположении под- земных коммуникаций (водопровод, электро- кабель, канализация и др.); планы и разрезы фундаментов зданий и сооружений с указани- ем действующих на них нагрузок; схема раз- мещения технологического оборудования с указанием действующих на него нагрузок, до- пустимых осадок, а также нагрузок на полы. Глубина заложения фундаментов на ос- нованиях из закрепленных грунтов назначает- ся в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 и должна быть не менее расчетной глубины промерзания для данного района. При использовании химически закреплен- ных инъекцией грунтов в качестве оснований сооружений должны быть установлены лабо- раторными исследованиями и опытными рабо- тами следующие расчетные и нормативные ха- рактеристики закрепленных грунтов: временное сопротивление одноосному сжатию /?; угол внутреннего трения ср; сцепление с; модуль де- формации Е; плотность р; коэффициент Пуас- сона V. Инъекционное закрепление с целью уст- ройства фундаментов и других подземных конструкций, из химически закрепленных грун- тов допускается с применением способов, обес- печивающих прочностное и другие физико-ме- ханические свойства закрепленных грунтов, ко- торые отвечают всем требованиям, предъявля- емым к материалам таких конструкций, вклю- чая требования по морозостойкости. Такими способами в настоящее время являются: двух- растворная силикатизация, однорастворная силикатизация с кремнефтористоводородной кислотой в качестве отвердителя и смолизации песчаных грунтов. При использовании химически закреплен- ных грунтов в качестве жестких фундаментов и других подземных конструкций лаборатор- ными исследованиями и опытными работами должны быть дополнительно установлены расчетные и нормативные характеристики за- крепленных грунтов: призменная прочность Rc и растяжение Rbt (осевое). Химически закрепленные грунты не арми- руются и не могут использоваться как гибкие фундаменты. Размеры подошвы фундаментов определяются в соответствии с требованиями гл. 5. 13.2.6. Проектирование закрепленных силикатизацией массивов в просадочных лессовых грунтах Данные результатов закрепления грунтов в лабораторных условиях должны включать нормативные и расчетные значения прочности Rc, угла внутреннего трения ф, сцепления с, модуля деформации Е и коэффициента филь- трации грунта k, закрепленного раствором жидкого стекла плотностью 1,1—1,15 г/см3. В расчетах по деформациям зданий и сооруже- ний II и III класса нормативные значения уг- ла внутреннего трения ф, удельного сцепления с, модуля деформации Е и коэффициента Пу- ассона v закрепленного грунта принимаются по табл. 13.25. ТАБЛИЦА 13.25. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОСАДОЧНЫХ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ, ЗАКРЕПЛЕННЫХ ОДНОРАСТВОРНОЙ СИЛИКАТИЗАЦИЕЙ Грунты Обозначение характерис- тики Значения характеристик закрепленных грунтов при их прочности МПа 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 1,5 Супеси с, МПа Ф Е, МПа и 0,047 24 42 0,35 0,056 25 53 0,30 0,065 26 65 0,30 0,073 28 75 0,30 0,086 30 85 0,25 0,096 35 100 0,25 0,11 40 120 0,20 0,13 45 150 0,20 Суглинки с, МПа Ф Е, МПа и 0,040 24 38 0,35 0,050 26 50 0,30 0,061 28 60 0,30. 0,068 30 70 0,2-5 0,075 32 80 0,25 0,090 34 95 0,20 0,095 38 115 0,20 0,11 42 145 0,20
13.2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации 321 Проект закрепления грунтов должен вклю- чать: план установки инъекторов с их марки- ровкой, контуры закрепленных массивов в плане и разрезы; сведения об отметках верха и низа заходок для каждого инъектора, плот- ности раствора и его количестве на каждую заходку и инъекцию в целом, объеме бурения, общем расходе реагента и объеме закреплен- ного грунта; указания по режиму нагнетания раствора (продолжительность, давление); по- яснительную записку, включающую характе- ристику инженерно-геологических условий строительства и обоснование принятого вари- анта закрепления; указания по производству работ; данные по контрольному закреплению грунтов на объекте; указания по контролю качества закрепленного грунта в процессе про- изводства работ; рекомендации по наблюде- нию за осадками здания или сооружения; сметы. В проектирование закрепленных массивов входит выбор конструктивной схемы закреп- ления грунтов основания; назначение норма- тивной прочности закрепленного грунта в ос- новании; определение размеров подошвы фун- дамента и размеров в плане закрепленных массивов; расчет закрепленных массивов по предельным состояниям. По результатам конт- рольного закрепления на строительной пло- щадке и испытаний закрепленного грунта про- изводится корректировка проектной плотности раствора, его расхода или режима нагнета- ния. При контрольном закреплении грунтов должны быть выполнены все виды инъекций, предусмотренные проектом. Нормативное значение прочности закреп- ленного силикатизацией грунта в основании зданий и сооружений Re.n (при степени влаж- ности Sr>0,8) должно быть не менее проч- ности, определяемой по результатам лабора- торного или контрольного полевого закрепле- ния из выражения + (13.12) где R с пя % сп —нормативные значения прочности грунта, закрепленного раствором ?кидкого стекла плотностью соответственно 1,10 и 1,15 г./см3 в водона- сыщенном состоянии; Т| — коэффициент, принимае- мый: при сплошном закреплении грунтов основания 1]==0.3; при армировании основания отдельными эле- ментами из закрепленного грунта п=0,9. Расчет закрепленных силикатизацией мас- сивов в лессовых просадочных грунтах произ- водится методом:, разработанным Ростовским ПромстройНИИпроектом и НИИОСПом. При закреплении лессовых грунтов силика- тизацией применяются следующие конструк- тивные схемы: 1) образование сплошных массивов из за- крепленного грунта под отдельные или лен- точные фундаменты, либо под все сооружение в целом; по этой схеме, как правило, преду- сматривается вынос закрепления за контуры фундамента (см. рис. 13.14, а); 2) армирование грунтов основания в де- формируемой зоне отдельными элементами из закрепленного грунта, при котором непосред- ственно под подошвой фундамента остаются участки незакрепленного грунта (см. рис. 13.14, б); 3) комбинированная схема, предусматри- вающая сплошное закрепление на некоторую глубину непосредственно под подошвой фун- дамента и армирование элементами из закреп- ленного грунта лежащей ниже просадочной толщи, либо образование опорного слоя из закрепленного грунта и армирование лежащей выше просадочной толщи отдельными элемен- тами из закрепленного грунта (см. рис. 13, 14, в). Размеры подошвы фундамента определя- ются из следующих условий. При сплошном закреплении грунтов под подошвой фундамента (первая схема) сред- нее давление на закрепленный грунт не долж- но превышать расчетного сопротивления осно- вания, определяемого по гл. 5. В этом случае Ra — Gzgo + (13.13) где используются расчетные значения фи и сп силикатизированного лессового грунта в водо- насыщенном состоянии; коэффициент yci—0,7, а коэффициент уе2 принимается как для пы- левато-глинистых грунтов с показателем кон- систенции Л <0,5. При армировании основания отдельными элементами из закрепленного лессового грун- та (вторая схема) среднее давление под по- дошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления армированного ос- нования, определяемого по формуле Тсзб D \ v Rc.n V/ х 1 + Ef Af/(Est XsZ) I -f- Afl Ast о zSo “ природное давление в грунте на уров- не подошвы фундамента от веса лежащих выше грунтов (до отметки природного рельефа); ус3 — ко- . эффициент условий работы закрепленного грунта в основании сооружения, определяемый по табл. 13.26 в зависимости от степени армирования основания (отношение площади закрепленного грунта непосред- ственно под подошвой фундамента к площади подош- вы) и глубины заложения фундамента; k — коэффи- циент линейной деформируемости закрепленного грунта при. длительном действии нагрузки, прини- маемый равным 0,6; у — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый по гл. 5; /?с0 — расчетное значение прочности закрепленного грунта в водона- сыщенном состоянии, определяемое по результатам лабораторного или полевого закрепления грунтов раствором жидкого стекла, имеющим проектную плот- ность; если степень влажности закрепленного грунта в момент испытаний меньше 0,8, то значения проч- ности. и модуля деформации следует умножать на коэффициент k (табл. 13.27); Е SJ> и E$f — модули деформации незакрепленного и закрепленного лессе-
322 . Глава 13. Проектирование, искусственных оснований вого грунта в водонасыщенном состоянии; Ду и Дзгс — площади незакрепленного и закрепленного грунта под подошвой фундамента. ТАБЛИЦА 13.26. КОЭФФИЦИЕНТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ Глубина заложения фундамента, м V „при степени армирования осно- вания под подошвой фундамента 0,25 0,50 0,75 1,00 1 1,05 1,10 1,20 1,30 2 1,10 1,15 1,25 1,40 3 1,15 1,25 1,51 1,50 4 1,20 1,30 1,45 1,65 5 1,30 1,40 1,55 1,75 7 1,40 1,55 1,70 1,90 10 1,50 1,65 1,85 2,10 Примечание. Для промежуточных значений глубины заложения фундамента и степени армиро- вания основания значения коэффициента у 3 опре- деляются интерполяцией. ТАБЛИЦА 13.27. КОЭФФИЦИЕНТ kb Степень влажности, образца Значения корректирую- щего прочность модуль деформации 0,30 0,42 0,50 0,35 0,45 0,53 0,40 0,48 0,55 0,45 0,53 0,58 0,50 0,60 0,62 0,55 0,70 0,67 0,60 0,85 0,70 0,65 0,93 0,75 0,70 0,95 0,86 0,75 0,98 0,94 0,80 1,00 1,00 Примечание. Степень влажности образца закрепленного грунта определяется непосредственно после проведения испытания, При закреплении грунтов основания по комбинированной (см. рис. 13.14, е) схеме среднее давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивле- ния основания с учетом приведенных выше указаний, а армирование основания должно назначаться таким, чтобы выполнялось, усло- вие (13.14) где R az — расчетное сопротивление основания из ар- мированного грунта, вычисленное по формуле (13.13) для условного фундамента, размеры которого опреде- ляются как при наличии слабого подстилающего слоя (см. гл. 5). Предварительные размеры фундаментов зданий и сооружений, возводимых на закреп- ленных силикатизацией просадочных грунтах, должны назначаться по конструктивным сооб- ражениям или из условия, чтобы среднее дав- ление м основание под подошвой фундамента было равно условному значению расчетного сопротивления Цо, принимаемому по табл. 13.28. хМкнимальный вынос закрепления за кон- туры фундамента при сплошном закреплении назначается в зависимости от давления под подошвой фундамента и начального просадоч- ного давления окружающего закрепленный массив лессового грунта по табл. 13.29. ТАБЛИЦА 13.28. РАСЧЕТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОСНОВАНИЯ R», СЛОЖЕННОГО ЗАКРЕПЛЕННЫМИ ГРУНТАМИ Нормативное зна- Ro , МПа чение прочности закрепленного при сплошном при армировании грунта,( 'под по- закреплении основания отдель- дошвой фунда- основания ными элементами мента, МПа под подошвой из закрепленного фундамента грунта 0,4 0,35 0,22 0,6 0,45 0,30 0,8 0,60 0,40 1,0 0,75 0,55 1,5 — 0,80 2,0 — 1,20 Примечание. Расчетное сопротивление ос- нования для промежуточных значений прочности за- крепленного грунта допускается определять интерпо- ляцией. ТАБЛИЦА 13.29. МИНИМАЛЬНЫЙ ВЫНОС ЗАКРЕПЛЕНИЯ ЗА КОНТУРЫ ФУНДАМЕНТА (В ДОЛЯХ ОТ ЕГО ШИРИНЫ) Начальное просадоч- ное давление, МПа Минимальный вынос при давлении под подошвой, МПа 0,20 0,25 0,30 0,35 0,05 0,20 0,25 0,30 0,35 0,10 0,15 0,15 0,20 0,30 0,15 0,10 0,15 0,20 0,25 0,20 0,05 0,05 0,10 0,10 В грунтовых условиях II типа по проса- дочности предварительные размеры в плане отдельно стоящих закрепленных массивов при- нимаются равными не менее !/4 глубины про- садочной толщи. Осадка фундамента при закреплении ос- нования способом силикатизации в грунтовых условиях I типа по просадочности определя- ется по формуле (5.60), в которой модуль де- формации г-го слоя принимается равным: при закреплении грунтов основания по первой схеме — модулю деформации закреп- ленного грунта в водонасыщенном состоя- нии; при армировании основания по второй схеме — средневзвешенному по площади по- дошвы фундамента модулю деформации, опре- деляемому из выражения Ea = EfiAf/A + Esii Asi/A, (13 J5) где Е j.n Esft —-значения модулей деформации: не- закрепленного и закрепленного грунта в водонасы- щенном состоянии в i-м слое; Ау и А зг> —площади незакрепленного и закрепленного грунта иепосредст-
13.2. Инъекционное закрепление грунтов способами силикатизации и смолизации 323 Рис. 13.24. К расчету осадки фундамента на закреп- (рис. 13.24), В КОТОрОИ ПРИНЯТЫ следующие ленном методом силикатизации лессовом массиве обозначения: венно под подошвой фундамента: А — площадь по- дошвы фундамента; при закреплении грунтов основания по комбинированной схеме — модулю дефор- мации закрепленного грунта в водонасыщен- ном состоянии до нижней границы сплошного по глубине закрепления, а в пределах лежа- щей ниже армированной толщи — средневзве- шенному значению модуля деформации, опре- деляемого по формуле (13.15) для условного фундамента, размеры которого определяются как при наличии слабого подстилающего слоя (см. гл. 5). Распределение по глубине дополнитель- ных к природному вертикальных давлений в массиве и в подстилающей его сжимаемой толще принимается в соответствии со схемой Ь — ширина фундамента, м; h и h' — глубина зало- жения фундамента соответственно от планировочной отметки (подсыпки или срезки) в от поверхности природного рельефа, м; И — глубина просадочной толщи, м; р — среднее фактическое давление под по- дошвой фундамента, МПа; c>zg0 — природное (бы- товое) давление в массиве на уровне подошвы; фун- дамента от веса лежащих выше грунтов (до отметки природного рельефа), МПа; °o~P~G zg0 —Дополни- тельное (к природному) вертикальное давление от веса сооружения на массив по подошве фундамента. МПа; огр —дополнительное давление в массиве от веса сооружения на глубине z, ниже подошвы фун- дамента, МПа: До — глубина, м, заложения условно- го фундамента (от подошвы фундамента сооруже- ния), принимаемая равной глубине, на которой про- садка лежащих ниже грунтов от собственного веса равна 5 см; о —давление иа глубине ' за- Z|)P ЗД> ложения условного фундамента z0, МПа; by — шири- на условного фундамента, равная ширине закреплен- ного массива, м; о —с +<J —дополнитель- но гор гар ное (к природному) давление по подошве условного фундамента, МПа; ozZp — дополнительное (к' при- родному) давление на глубине zz от подошвы услов-
324' Глава 13. Проектирование искусственных оснований кого фундамента, МПа; zz'— расстояние от подош- вы условного фундамента до ниж ;ей границы сжи- маемой толщи, определяемое из соотношения допол- нительного давления 0^,^ и природного на той же глубине о Для zz'g песчаных и глинистых грунтов Gzz'p^°>2Gzz'g. <13-16) Если найденная нижняя граница сжимае- мой толщи заканчивается в слое грунта с мо- дулем деформаций £<5 МПа или такой слой залегает непосредственно ниже этой границы, то он должен быть включен в состав сжима- емой толщи. В этих случаях граница сжимае- мой толщи ограничивается соотношением ®гг'Р “ Д1 CT22'g' - Дополнительное (к природному) давление в массиве агр, МПа, от веса сооружения оп- ределяется по формуле = (13.17) где а — коэффициент, которым учитывается измене- ние давления по глубине массива, до глубины, где оно достигает значения, рав- ного а0А/Ат (здесь Ат — площадь горизон- тального сечения массива, м2). Ниже, до глу- бины заложения условного фундамента г0, давление ozp принимается равным постоянно- му значению о^А/Ат. Дополнительное давление в массиве огр, МПа., от сил нагружающего трения на глубине z от подошвы фундамента вычисля- ется по выражению 0,01п77г Gip “~7~---------(100azg — kz pi); 0 < г < ,г0, (13.18) где и периметр сечения закрепленного массива, м; а — периметр, принимаемый для отдельно стоя- щих массивов; а=40Д/г^ (здесь L — единица длины, м), а для массивов, работающих в простоанственной системе армирования просадочной толщи (когда от- ношение ширины незакрепленных участков просадоч- ного . грунта . между массивами и армирующими эле- ментами к высоте массивов не превышает 0,25), a — u/Afs‘, (13.19) и — общий периметр закрепленных массивов и арми- рующих элементов в пространственной системе, м; .4 ys — площадь незакрепленного просадочного грун- та в пространственной системе, м2; ozg — природное давление в грунте на глубине z от веса лежащих вы- ше грунтов (до отметки планировки), МПа; k г = безразмерный коэффициент1, принимаемый для от- дельных массивов в зависимости от приведенной глу- бины т' = a(z+h.) и средневзвешенного значения угла внутреннего трения водонасыщенного грунта естест- венной структуры, а для массивов, работающих в пространственной системе, 1 __ tgqpn (13.20) Pi—давление МПа,-определяемое из выражения 1 В Рекомендациях по проектированию закреплен- ных силикатизацией массивов в лессовых просадоч- ных грунтах (НИИОСП, 1980 г.) в табл, 7 даны зна- чения k 2в зависимости от пг’ и ср . Рх = (OJYjj — lOCkzCjj^/a > 0; (13.21) здесь Vjj, с jj- средневзвешенные значения удельного веса, кН/м3, и сцепления. МПа, от отметки планиров- ки до подошвы условного фундамента. Дополнительное к природному давлению (Jzzp, МПа, на глубине zz от подошвы услов- ного фундамента находится по формуле ®zzp — оэдуо» (13.22) где а — коэффициент, принимаемый по табл. 1 прил. 2 СНиП 2.02.01-83 в зависимости от относитель- ной глубины 22 у 1Ь ^формы условного фундамента (горизонтального сечения массива), а в случае пря- моугольного массива в плане и от отношения его сто- рон n^ly/by. Осадка фундамента на закрепленном ме- тодом силикатизации лессовом массиве в ус- ловиях замачивания и просадки под собствен- ным весом окружающего грунта II типа грун- товых условий по просадочности определяется по формуле (13.23) где s — осадка фундамента сооружения, см; so —« осадка массива от подошвы фундамента сооружения до подошвы условного фундамент-, под действием веса сооружения и сил нагружающего трения, см; sc— осадка условного фундамента. Осадка массива вычисляется по выраже- нию п s^fi^^zpi + QzpiyhilEi, (13.24) i=i где п. — число слоев, на которые разделен массив от подошвы фундамента сооружения до глубины зало- жения условного фундамента z0; h — толщина z-ro „ слоя, см; Е . — модуль деформации z-ro слоя, МПа; °грг — среднее дополнительное к природному дав- ление в t-м слое массива, равное полусумме давлений о на его верхней и нижней границах, МПа; s __zp о . — среднее дополнительное давление в z-м слое массива, равное полусумме давлений <зна его верхней и нижней границах, МПа; 6 — безразмерный коэффициент, равный 0,8. Массив рекомендуется делить от подошвьг фундамента до глубины, на которой до- стигает значения о0Л/Дт, на слои толщиной 0,4 Ь, а ниже 0,4 Ьу. Осадка условного фундамента sc нахо- дится по зависимости п-\-т. ; = (13-25) /'=« где т — число слоев, на которое разбита сжимаемая, толща под подошвой условного фундамента; h j — толщина /-го слоя, см; Е j— модуль деформации /-го слоя, МПа; о 2ру — среднее дополнительное к природному давление в /м слое, равное полусумме ; давлений о г2Р на его верхней и иижней границах, МПа. 13.3. ГЛУБИННОЕ ВИБРАЦИОННОЕ УПЛОТНЕНИЕ РЫХЛЫХ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ 13.3.1. Общие положения Способ глубинного вибрационного уплот- нения применяется в рыхлых песчаных грун-
13.3. глубинное вибрационное уплотнение рыхлых песчаных грунтив тах на глубину свыше 1,5 м в условиях есте- ственного залегания, а также при укладке грунта в насыпи, обратной засыпке пазух кот- лованов и осуществляется виброустановками ВУУА-4 и ВУУП-6 ВНИИГСа, гидровибраци- онной установкой С-629 ВНИИстрондормаша, глубинными вибраторами С-825 и С-826, при- меняемыми при бетонных работах, а также имеющимися в СССР зарубежными машина- ми типа «Виброфлот». Выбор средств уплотнения зависит от грунтовых условий, характера и назначения проектируемых зданий и сооружений, наличия оборудования и других необходимых ресур- сов для производства работ, а также от ре- зультатов сравнения технико-экономических показателей. 13.3.2. Исходные данные для проектирования и расчета Для составления проекта глубинного виб- рационного уплотнния рыхлых песчаных грун- тов необходимы следующие данные: план застраиваемого участка с указанием расположения возводимых сооружений и гео- логических выработок (скважин, шурфов); геологические разрезы, результаты испы- таний грунтов, слагающих площадку, с опи- санием их физико-механических характерис- тик, уровни подземных вод; план фундаментов зданий и сооружений, их поперечные разрезы с указанием глубин заложения фундаментов и их конструкций, чертежи полов на нулевой отметке (или полов подвалов); величины действующих на фундамент на- грузок; сведения о технических ресурсах, имею- щихся в строительной организации (кранах, бульдозерах, экскаваторах, виброустановках и т. д.).,. Проект глубинного вибрационного уплот- нения рыхлых песчаных грунтов основания должен содержать, кроме перечисленных вы- ше, следующие материалы и сведения: план и разрезы фундаментов (полов) зда- ний и сооружений, под которыми выполняется уплотнение, с указанием площади и глуби- ны уплотняемой зоны с привязкой к высотным отметкам здания или сооружения; данные о требуемой плотности грунта на нижней границе уплотнения и о расчетном со- противлении уплотненного грунта; сведения об оптимальной влажности уп- лотняемого грунта и количестве воды, требу- емой на 1 и3 грунта при его доувлажнении до оптимальной влажности; данные об оборудовании или механизмах для производства работ по глубинному вибра- ционному уплотнению грунта, данные о тол- щине уплотняемого слоя, числе погружений виброуплотнителя в одной точке и его типе, о размере шага перестановки вибропогружа- теля; метод контроля за качеством работ и сведения о необходимом . объеме опытных ра- бот; ведомость объемов работ и экономические показатели (сметы). 13.3.3. Методы расчета Основными расчетными характеристиками при проектировании глубинного вибрационно- го уплотнения рыхлых, песчаных грунтов яв- ляются: расстояние между точками погруже- ния виброуплотнителя, глубина уплотнения, плотность сухого грунта в пределах всей глу- бины уплотненного массива, продолжитель- ность цикла уплотнения. Эти характеристики определяются в процессе проведения опытных работ по глубинному вибрационному уплотне- нию рыхлых песчаных грунтов на опытном участке. Для предварительных расчетов расстоя- ние между точками погружения уплотнителя можно принимать 2—3 м, а сами точки рас- полагать в соответствии со схемой, приведен- ной на рнс. 13.25. Глубину уплотнения в этом • — I 4----------П Рис. 13.25. Схема разбивки точек виброуплотнения и глубинного рыхления при уплотнении песчаных грунтов с предварительным рыхлением I — точки глубинного рыхления; 11 — точки глубин- ного уплотнения; 1—5 — оси разбивки случае следует принимать в соответствии с технической характеристикой применяемого уплотнителя. Для тех же расчетов плотность сухого грунта р<2 в пределах всей глубины уплотнен- ного грунтового массива следует определять по рис. 13.26, в зависимости от показателя крупности песка Kd. По этому же графику определяется коэффициент пористости песча- ного грунта после уплотнения econi виброус- тановкой ВУУП-6. Значение показателя есо™ уточняется по результатам глубинного виб- роуплотнения на опытном участке строитель- ной площадки.
326 Глава 13. Проектирование искусственных оснований При предварительном расчете песчаных оснований, уплотняемых виброустановкой ВУУП-6, по деформациям и несущей способ- ности значения модулей деформации, углов внутреннего трения и сцепления принимаются по таблицам СНиП 2.02.01-83 при коэффици- енте пористости е, равном еСОП1. Продолжительность цикла уплотнения в зависимости от характеристики уплотняемого грунта для предварительных расчетов уплот- нения виброустановкой ВУУП-6 следует при- нимать по табл. 13.30, а режим уплотнения— по рис. 13.27, из которого следует, что пол- ный цикл уплотнения песчаного грунта в од- Рис. 13.26. К определению плотности сухого грунта и коэффициента пс истостн песка различной крупно- сти после уплстнения его виброустановкой ВУУП-6 ной точке состоит из четырех-пяти чередую- щихся погружений и извлечений уплотнителя. 13.3.4. Оборудование для производства работ Виброустановка ВУУП-6 состоит из высо- кочастотного вибропогружателя В-401 и по- гружаемого в грунт уплотнителя (рис. 13.28). Уплотнитель представляет собой металличес- кую пространственную конструкцию в виде трубчатой штанги диаметром 130 мм, длиной около 7 м с приваренными к ней через каж- дые 410—450 мм по высоте горизонтальными ребрами (по четыре в каждом ярусе). При работе установки динамическое воз- буждение песчаной водонасыщенной среды вызывается по всей толще уплотняемого слоя как вибрационным, так и высокочастотным ударным воздействием. Применение виброустановки ВУУП-6 обе- спечивает уплотнение песчаных грунтов на глубину 6 м, при этом значения плотности су- хого грунта достигают величин 17—18 т/м3 при относительной плотности 0,8. Техническая характеристика виброустановки ВУУП-6 при- ведена в табл. 13.31. Виброустановка ВУУП-4 (рис. 13.29) по конструкции аналогична установке ВУУП-6 и отличается от нее размерами и маркой вибро- погружателя. Техническая характеристика 1 — средней крупности; 2 — мелкого; Н — глубина по- гружения уплотнителя; t — продолжительность цик- ла уплотнения ТАБЛИЦА 13.30. ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЦИКЛА УПЛОТНЕНИЯ ПЕСКА С'ОДНОЙ стоянки ВИБРОУСТАНОВКИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПЛОТНЯЕМОГО ГРУНТА Грунты Продолжитель- ность цикла, мин Пески естественного сложения; мелкие и средней крупности крупные ... ... Искусственно образованное ос- нование из песков: мелких и средней крупност крупных Примечание. Расстояние ’погружения уплотнителя составл5 15 12 13 10 между точками 1ет 2—3 м. Рис. 13,28. Виброустановка ВУУП-6 / — вибропогружатель В-401; 2 — трубчатая штанга; 3 — стальные ребра
13.3. Глубинное вибрационное уплотнение рыхлых песчаных грунтов ТАБЛИЦА 13.31, ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕХАНИЗМОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ ГЛУБИННОГО ВИБРАЦИОННОГО УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ Показатели Виброустановка Гидровибра- ционная установка С-629 Глубинный вибратор ВУУП-6 ВУУП-4 С-825 С-826. . Мощность уплотняемого слоя, м Производительность механизма 6 4 10 4 4 №/ч 170—210 300 125 32—64 48—72 Мощность электродвигателя, кВт 55 40 14 0,6 1.1 Частота колебаний, Гц 250 250 24 97 97 Амплитуда колебаний, мм . . . Q 5-6 3,5 0,4 0,9 Диаметр уплотнителя, мм . . . 1000 1000 490 133 133 Масса, кг . ... ..... Грузоподъемность обслуживаающе- 3400 3150 2500 28 29 го механизма, кг . 6000 4000—5000 ssa *—" —* виброустановки ВУУП-4 приведена также в табл. 13.31. Для глубинного вибрационного уплотне- ния песчаных грунтов применяют также гид- ровибрационную установку С-629, подвеши- ваемую к крану. Эта установка обеспечивает одновременную подачу в грунт воды и его уплотнение вибрацией. При нагнетании в грунт воды под давле- нием 4—6 МПа происходит размыв песка и его рыхление за счет движения воды вверх. Одновременно происходит взвешивание в во- де частиц грунта, при этом мелкие частицы Рис. 13.29. Виброустанозка ВУУП-4 / — вибропогружатель ВПП-2; 2 — трубчатая штанга диаметром 102 мм; 3 — стальные ребра поднимаются вверх, а более крупные под дей- ствием собственного веса и ускорения колеба- ний, способствующего увеличению действия ускорения силы тяжести, плотно укладываются на забой. Так как радиус распространения ко- лебаний относительно невелик, то и ускорение колебаний сообщается частицам песка в преде- лах небольшой области, что вызывает необхо- димость в частой перестановке этих устано- вок. Техническая характеристика гидровибра- ционной установки С-629 приведена в табл. 13.31. При погружении глубинных вибраторов С-825 и С-826 для уплотнения грунтов с при- менением подмыва вода подается с помощью стальных труб диаметром 19—25 мм с заост- ренным концом. Нижняя часть труб должна иметь на длине 50—60 см перфорацию с диа- метром отверстий 5—6 мм. Радиус уплотнения глубинными вибраторами достигает 0,7—0,8 м, максимально возможная глубина уплотнения— 4 м. Техническая характеристика глубинных вибраторов приведена в табл. 13.31. 13.3.5. Данные для проектирования производства работ Уплотнение песчаных грунтов внброуста- новкой ВУУП-6 производится с применением грузоподъемных механизмов на гусеничном или пневмоколесном ходу. Применяемые меха- низмы должны обеспечивать скорость подъема уплотнителя виброустановки 2,4—3 см/с. Опе- рации по подготовке виброустановки к работе включают прикрепление уплотнителя к вибро- погружателю, подключение виброустановки к источнику питания и подвешивание виброуста- новки на крюк грузоподъемного механизма. На строительной площадке перед уплот- нением срезают почвенно-растительный слой (при его наличии), планируют территорию, назначают точки уплотнения, искусственно во- донасыщают грунт (при необходимости) и виб- роуплотняют его на необходимую глубину. Для искусственного водонасыщения при уплотнении песчаных грунтов в конструкцию
32® Глава IS, Проектирование искусственных оснований уплотнителя дополнительно входит патрубок, приваренный к трубчатой штанге для присое- Рис. 13.30. Уплотнитель виброустановки ВУУП-6 для искусственного водонасыщения песчаного грунта 1 — патрубок для присоединения шланга от насоса; 2 — трубчатая штанга; 3 — стальные ребра; 4 — сопло динения шланга от насоса 4НДВ, а также ко- нус, имеющий отверстие для выпуска напор- ной воды (рис. 13.30). При искусственном во- донасыщении песчаного грунта сначала к соп- лу уплотнителя подают воду от насоса, а за- тем включают вибропогружатель. При дости- жении проектной глубины уплотнения подачу воды прекращают и виброуплотняют водона- сыщенный грунт. При глубинном виброуплотнении песча- ных грунтов, обладающих структурной проч- ностью, предварительно следует производить глубинное рыхление с помощью установки, применяемой для водонасыщения, в соответ- ствии со схемой, приведенной на рис. 13.25, сначала в четырех точках по оси 1, затем в трех точках по оси 2 и далее в том же по- рядке на глубину, равную проектной глубине уплотнения. При этом уплотнитель погружают и извлекают с возможно большей скоростью без остановок. Ориентировочно время, затра- чиваемое на рыхление песчаного грунта . на глубину 6 м, не должно превышать 1,5, мин. Критерием, определяющим качество- вы- полненных работ по виброуплотнению песча- ного грунта, является достижение проектной плотности, а также показателя относительной плотности. Допустимое отклонение в сторону уменьшения плотности сложения грунта от проектной не должно превышать ,5 т/м3. Качество уплотнения контролируют ста- тическим зондированием, а также путем.отбо- ра образцов уплотненного грунта.. Работы по уплотнению грунта виброуста- новкой ВУУП-4 ведутся аналогично .работам по уплотнению, проводимым виброустановкой ВУУП-6, в следующем порядке: краном подни- мают установку и помещают ее. вертикально на поверхности грунта; включают вибропогру- жатель, и виброуплотнитель под действием собственного веса погружается в грунт; в по- груженном положении установку задерживают 2—3 мин, а . затем ее медленно поднимают краном при непрерывной работе вибропогру: жателя; при подъеме'вибропогружатель пери- одически опускают на некоторую глубину и снова извлекают. Уплотнение грунта гидровиброустановкой С-629 производят в такой последовательно- сти: гидровиброустановку устанавливают в вертикальном положении над местом погруже- ния, включают вибратор и одновременно через нижние сопла под давлением 4—6 МПа по- дается вода; вибратор погружается под дей- ствием собственного веса со скоростью 1,5 —- 3 см/с (скорость погружения зависит от ве- са вибратора, плотности и гранулометрическо- го состава песка, давления и количества подаваемой воды); после погружения гидро- виброустановки на заданную глубину через верхние сопла подают воду и затем установку поднимают. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. ГОСТ 22733—77. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности. — М.: Изд-во стандартов, 1977. 2. Инструкция по устройству обратных засыпок грунтов в стесненных местах. СН 536-81. — М.: Строй- издат, 1982. — 30 с. 3. Крутов В. И. Основания и фундаменты на просадочных грунтах. — Киев; Буд1вельник, 1982. — 224 с. . 4, .Крутов В. И., Галицкий В. Г., Мусаелян А. А. Уплотнение просадочных грунтов. — М.: Стройиздат, 1974.-— 207 с. 5. Крутов В. И., Эйдук Р. П. Устройство обрат- ных засыпок котлованов,—М,; Стройиздат, 1981.— 6. Руководство по лабораторному контролю при производстве земляных работ.—М.: Стройиздат, 1974. — 80 с, 7. Руководство по устройству обратных засыпок котлованов с подготовкой оснований под технологи- ческое оборудование и полы на просадочных грун- тах. — М.: Стройиздат, 1980.— 40 с. 8. Уплотнение грунтов обратных засыпок в стес- ненных условиях строительства.—М.; Стройиздат, 1981. — 252 с. 9. Хархута Н. Я., Васильев Ю. М. Прочность"; устойчивость и уплотнение грунтов земляного полот- на автомобильных дорог. — М.; Транспорт, 1975.-— 256 с,
Гл ав а ' 14. УСТОЙЧИВОСТЬ' ОТКОСОВ 1 г • 14.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ Задачи обеспечения устойчивости откосов -возникают при проектировании земляных соо- ружений и выемок (котлованов, траншей, карьеров и др.), при использовании склонов или присклоновой территории для промыш- ленного, транспортного, гражданского или другого строительства, при защите различных объектов от оползней и обвалов и т. п. ; Откос проектируется с учетом: его назна- чения и высоты; намечаемого использования территории; геологического строения и гидро- геологических условий грунтового массива; технологии земляных работ; применяемого оборудования и транспортных средств; нагру- зок и воздействий. Профиль откоса должен быть обоснован расчетом. При проектировании откосы могут быть оставлены природного очер- тания либо приняты с плоским или уступчатым профилем. Уступчатая форма откосов дости- гается устройством по высоте откоса горизон- тальных площадок (берм, террас) (рис. 14.1). : Рис. 14.1. Откос уступчатой формы /•—уступ; 2 берма; 3 — бровка уступа; 4 — подош- ва откоса Широкие площадки устраивают, когда пред- полагается использовать их для какой-нибудь цели (например, для размещения на них соо- ружений, дорог, оборудования и т. п.). Мини- мальная ширина площадок: в строительных котлованах 2 м, на откосах земляных соору- жений и природных склонах 3 м, в карьерах 6—8 м. При размещении площадок по высо- те откоса их, по возможности, следует приуро- чивать к контактам пластов и, как правило, к участкам высачивания подземных вод. Пло- щадки проектируют с уклонами для стока по- верхностных вод и устраивают на них ливне- стоки, а зачастую и дорожные покрытия. Кру- тизну долго существующих откосов, подвер- шённых интенсивному выветриванию с образо- ванием осыпей и вывалов, необходимо назна- чать не более угла естественного откоса из В составлении гл. 14 принимали участие инже- неры Л. И. Иванова и И. С. Рабинович. обломков этих грунтов. При необходимости следует осуществлять мероприятия, препятст- вующие выветриванию. В зоне высачивания подземных вод устраиваются дренажи или выполняются дренажные пригрузки с выпуском воды в ливнесточную сеть. В зоне воздействия течения, волнения и ледовых нагрузок отко- сы необходимо укреплять. На природных склонах проектируемые от- косы образуются путем срезки и подсыпки грунта на соответствующих участках. Подсып- ка (пригрузка откоса) выполняется в основном в нижней части склона грунтом или камен- ным материалом. При невозможности или нецелесообразно- сти обеспечения достаточной устойчивости от- косов путем придания им необходимой крутиз- ны и применения вышеуказанных мероприятий следует дополнительно предусматривать водо- понижение (см. гл. 19), удерживающие или другие защитные сооружения. Для удержания грунтов от сдвига приме- няют массивные и тонкоэлементные подпорные стены на естественном основании (при залега- нии на небольшой глубине прочных грунтов— рис. 14.2, а—в), подпорные стены на свай- ных фундаментах (при слабых грунтах — рис. 14.2, г), контрфорсы — отдельные опоры, вре- занные в тело грунтового массива (в основном в достаточно прочных грунтах и при наличии устойчивого основания — рис. 14.2, е), опояс- ки (преимущественно в скальных грунтах — рис. 14.2, ж). Для предохранения откосов в скальных грунтах от выветривания, вызываю-1 щего образование осыпей и вывалов, выпол- няют облицовочные стены (рис. 14:2, г), а для заделки пустот, образовавшихся в результате вывалов, — пломбы (рис. 14.2, и). Для за- крепления или предотвращения оползней, ког- да имеется прочный подстилающий слой, в котором возможна заделка нижних концов свай или столбов, применяют удерживающие свайные конструкции из одного нли двух ря- дов железобетонных свай, как правило, буро- набивных, с ростверком (рис. 14.3, а—г) или в виде отдельных свайных кустов, а - также железобетонные столбы (рис. 14.3, д), соору- жаемые враспор с грунтом в шахтах или . в скважинах большого диаметра. Свайные ку- сты и столбы следует размещать рядами на расстоянии друг от друга в ряду, исключаю^ щем обтекание их грунтом. В твердых (проч- ных) грунтах с четко выраженной ослаблен- ной поверхностью, наклоненной к горизонту под углом не более 50°, допускается приме-. нять сваи-шпонки (рис. 14.3, е), устанавливая их с уплотнением в вертикально пробуренные скважины, расположенные по площади откоса.
330 Глава 14. Устойчивость откосов Анкерные устройства применяют в каче- стве самостоятельного средства, удерживаю- щего грунты и крупноглыбовые отдельности на откосе (рис. 14.4, а),, а также для повы- шения эффективности удерживающих соору- жений (рис. 14.4, б—д). В зависимости от характера и размеров нагрузок и воздействий на откосы и их назна< чения необходимо осуществлять регулиро- вание поверхностного стока, водопонижение, берегоукрепление, строительство регулирую- щих; сооружений, пригрузку откосов грунтом или каменным материалом, устройство защит- ных покрытий, поверхностное и глубинное ук- репление грунтов, лесомелиорацию. Рис. 14.2. Подпорные и облицовочные стены а—в — подпорные стены на естественном основании (а, б — массивные, я— тонкоэлемечтные); г — подпор- ные стены на свайных фундаментах; д — поддержи- вающие стены; е — контрфорсы; ж — опояски; з— облицовочные стены; и — пломбы 14.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Техническое задание на проектирование должно включать следующие данные: грани- цы района (участка), подлежащего рассмот- рению в проекте; предполагаемое использова- ние территории, прилегающей к откосам, и са- мих откосов для технологических, культурных и строительных целей; характеристику строи- тельства зданий и сооружений; места возмож- Рис. 14.3.' Свайные и столбчатые удерживающие кон- - струкции а—г — свайные конструкции из одного или двух ря- дов железобетонных свай; д — железобетонные стол- бы; е — сван-шпонки; 1 — предполагаемая поверхность сдвига; 2 — железобетонные сван; 3 — монолитный же- лезобетонный ростверк; 4 — облицовочная железобе- ; тонная плита
14.2. Исходные данные для проектирования 331 Рис. 14.4, Анкерные устрой- ства а— анкер-гче затяжки для стабилизации естественных оползневых склонов; б — заанкеренная подпорная стена на свайном основании; в — то же, на естественном основании; г — заанкерен- ная свайная конструкция; д — то же, столбчатая; 1 — предполагаемая поверхность сдвига; 2 — анкерное уст- ройство; 3 — железобетон- ная плита; 4 — железобетон- ная свая; 5 — подпорная стенка; 6 — железобетонный ростверк; 7 — железобетон- ный столб ного сброса поверхностных и дренажных вод; места возможного складирования материа- лов и размещения отвалов грунта; материалы изысканий, содержащие: топографические планы и карты совре- менного рельефа местности и ситуации в районе рассматриваемого участка (для под- мываемых склонов охватывающие также при- легающий участок дна водоема или водотока), а также характерные геодезические профили; геологические разрезы, приуроченные к характерным поперечникам, и карты, характе- ризующие геологическое строение участка (с разбивкой на инженерно-геологические эле- менты); характеристику тектонической нару- шенное™ грунтового массива и имеющихся в нем ослабленных зон; данные о микросейсмо- районировании, абразии, эрозии, выветривании и деформациях грунтового массива; инженер- но-геологические свойства грунтов, включая их прочностные и деформационные характеристи- ки, а также прочностные характеристики в представляющих опасность ослабленных зонах (контакты пластов, тектонические зоны, по- верхности смещения оползневого тела и др.); характеристику гидрогеологических усло- вий — данные о водоносности слоев, их естест- венном дренаже и фильтрационных свойствах, о взаимосвязи и режиме подземных вод от- дельных слоев, о температуре и химическом составе подземных вод; гидрологические, метеорологические и кли- матические данные района объекта проектиро- вания. На основании всех указанных выше ис- ходных данных производится схематизация природных условий, при которой уточняется разбивка толщи на инженерно-геологические элементы, выделяются существующие и уста- навливаются новые возможные поверхности сдвига грунта, устанавливается положение по- верхностей фильтрационного потока, а также выявляются все нагрузки и воздействия и на- мечаются конструктивные решения по очерта- нию откосов и дополнительным мероприятиям по их укреплению и обеспечению необходимой долговечности. Очертание откосов окончатель- но устанавливают на основании расчетов. Рас- четы откосов ведутся по расчетным характе- ристикам фт, ci и yi. При этом из двух зна- чений расчетных характеристик принимается: для фт и й — меньшее значение; для yi — большее значение. При расчете откосов коэф- фициент надежности по нагрузке принимается равным единице при условии определения yi на основании статистической обработки опыт- ных данных. При расчетах откосов должен быть обес- печен заданный коэффициент устойчивости kst, определяемый как отношение у»/ус. Зна- чения kst принимаются в соответствии с тре- бованиями нормативных документов по проек-
-332 Глаед 14. Устойчивость откосов тированию отдельных видов сооружений, но не менее 1,1, а для оползневых склонов — не менее 1,2. При расчетах откосов и удерживающих сооружений с учетом сейсмического воздейст- вия коэффициент сочетаний для грунтовых на- грузок и собственного веса сооружения прини- мается равным 1,0, в остальных случаях — в соответствии с требованиями нормативных документов по проектированию отдельных ви- дов сооружений. 14.3. МЕТОДЫ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ 14.3.1. Общие сведения Расчеты откосов выполняются для опре- деления устойчивости очертания откоса при минимальном объеме земляных работ или для определения коэффициента устойчивости от- коса того или иного очертания. При расчетах рассматривается плоская задача. За расчет- ную модель грунтового массива, ограничеино- . го. откосом, принимается бесконечно длинное . призматическое (или цилиндрическое — соот- ветственно форме откоса) тело с горизонталь- ными образующими, подверженное действию сил, перпендикулярных к образующим и рав- номерно - распределенных в их направлении (рис. 14.5, а). При такой расчетной .модели компоненты напряжений в прямоугольной си- стеме координат xyz (ось z параллельна об- разующим): не зависят от координаты г, и ка- сательные напряжения в плоскости, нормаль- ной к оси z (в плоскости поперечного сечения), •равны .нулю. Это позволяет рассматривать участки откоса единичной протяженности \i\z— 1) и вести расчет плоского сечения (в плоскости ху — рис. 14.5, б). Расчеты выпол- няются исходя из совместного решения урав- нений статики и предельного состояния на сдвиг грунта, обладающего внутренним трени- ем и сцеплением (метод предельного равнове- сия)-. Условие равновесия грунта на какой-ли- бо площадке имеет вид: т С о tg ф 4~ с (14.1) [знак равенства в условии (14.1) соответст- вует предельному состоянию]. Если в каждой точке какой-нибудь зоны грунтового массива существуют площадки, на которых соблюдается знак равенства условия (14.1), а на остальных площадках T<otgcp + +с, то эта зона находится в предельном со- стоянии. Такое состояние возникает, в частно- сти, в зоне, прилегающей к откосу определен- Рис. 14.5. Расчетная схема откоса (плоская задача) ного (в зависимости от параметров ф и с грунта и действующей на него нагрузки) очер- тания, называемого предельным. Откосы кру- че предельных существовать не могут. В грунте, обладающем внутренним трением и сцеплением, предельный откос имеет, как пра- вило, криволинейное очертание — крутое (ча- сто близкое к вертикальному или даже в форме нависающего свода) вверху и посте- пенно уполаживающееся книзу (рис. 14.6). В грунтах, обладающих только внутренним тре- нием (без сцепления), например в чистых пес- ках, предельный откос плоский, наклоненный к горизонту под углом внутреннего трения. В грунтовом массиве, ограниченном предельным откосом, образуется два семейства поверхно- стей скольжения в общем случае — цилинд- рических, в определенных случаях (в частно- Рис. 14.6. Предельные очертания контуров откосов а — без нагрузки; б — при вертикальной равномерно распределенной нагрузке на поверхности
14.3. Методы й примеры расчетов ’333 Рис. 14.7. Сетка линий сколь- жения в грунтовом массиве, ограниченном предельным откосом 1 — линин скольжения I (i) 7 семейства; > — узловые точ- ки; 3 — линии скольжения II (/) семейства сти, в грунтах, обладающих только трением) — плоских. При рассмотрении плоского сечения поверхности скольжения интерпретируются ли- ниями скольжения (рис. 14.7). 14.3.2. Построение предельных откосов Для практически однородных грунтов, об- ладающих внутренним трением и сцеплением, предельный откос может быть построен по рис. 14.8, интерпретирующему таблицы пре- дельных контуров откосов. Эти таблицы со- ставлены институтом Фундаментпроект [3] по формулам В. В. Соколовского [4] в безраз- мерных координатах для нагрузки на поверх- ности грунта, соответствующей весу слоя грунта толщиной, равной предельной высоте вертикального откоса, определяемого по фор- муле 2с' cos ф' , с' й.о = "q _ Sin ф'J — ho ’ U4 2) где [2] , tg фт , Ст Ф = arctg——- и с’ ~ ~—L. kst ksi 2сО5ф' 0 1 — sin ф (14.3) (14.4) ; (величина h может быть определена по рис. 14.9). Если нагрузка на поверхности грунта от- сутствует, то верхнюю часть предельного от- коса высотой h0 принимают вертикальной, а остальную (нижнюю) часть строят по рис. 14.8. Для перехода от безразмерных коорди- нат х' и у' к размерным х и у служат фор- мулы; х~с'х'ну=с’ у' !рг. (14.5) Построенный контур предельного ' откоса следует аппроксимировать ломаной линией с размещением на ней берм и площадок. 14.3.3. Определение угла плоских откосов при горизонтальной поверхности грунта Крутизна плоских откосов высотой до 5 м [5] определяется по табл. 14.1. В практичес- ки однородных грунтах крутизна откосов вы- сотой более 5 м может быть определена по графикам института Фундаментпроект (рис. 14.10), дающим зависимость угла наклона плоского откоса к горизонту 0О от c7-(yi#o) и ф' (где Но — высота откоса м). Если в ре- зультате определения угла 0О по рис. 14.10 откос окажется круче допускаемого ' по табл. 14.1,' то его крутизну следует принимать по табл. 14.1. Пример 14.1. Требуется определить допустимый угол плоскою откоса высотой 8 м в слое глин. Рас- четные характеристики глин: fpj = 16°, с г =? 30 кПа, Тг=20 кН/м3. Требуемое значение коэффициента устойчивости — 1,2. Решение. По формулам (14.3) определяем: tf? 16° 30 m' = arctg —-------- » 13,5°; с' ----------- 25 кПа. 1,2 1,2 Пользуясь графиком (см. рис. 14.10), по c7(vrWo) = = 25/(20-8)=0,156 и <р'=13,5° путем интерполяции ме- жду <р'=10° и <р'=15° находим: 72 — 64 0О = 64 Н--------— 3,5 = 69,6°. Так как по расчету крутизна рткоса получилась больше допустимой по табл. 14.1 (63°). принимаем крутизну откоса по табл. 14.1, т. е. 1 ; 0,5.
334 Глава 14. Устойчивость откосов Ч> а) . ,800' 750' 700 650 600 550 500 450 4оО 350 300 250 200 150 100 50 х '= 5 50 100' 150 200 250 300 350 400 450 500 10 /5 20 2j> 3°. 4о 550' Рис. 14.9. К определению вспомси дгельной величины ЙО
14.3. Методы и примеры расчетов 335 ТАБЛИЦА 14.1. НАИБОЛЬШАЯ КРУТИЗНА ГРУНТОВЫХ ОТКОСОВ Грунты Наибольшая крутизна отко- сов (отношение высоты к заложению) при глубине (высоте), м, до 1,5 3 5 Насыпные 1:0,67 1:1 1:1,25 Песчаные и гра- вийные влажные (ненасыщенные) 1:0,5 1:1 1:1 Глинистые: супесь . » . 1:0,25 1:0,67 1:0,85 суглинок . . 1:0 1:0,5 1:0,75 глина . . . 1:0 1:0,25 1:0,5 Лессы и лессо- видные сухие 1:0 1:0,5 1:0,5 Моренные: песчаные, . су- песчаные 1:0,25 1:0,57 1:0,75 суглинистые 1:0,2 1:0,5 1:0,65 Примечания: 1. При напластовании различ- ных видов грунта крутизну откоса для всех пластов надлежит назначать по более слабому виду грунта. 2. Ширина полок и крутизна откосов траншей для совмещенной прокладки трубопроводов должны назначаться проектом. 3. Крутизна откосов для моренных грунтов уста- новлена для районов Крайнего Севера европейской части СССР при наличии сильно выраженного струк- турного сцепления (цементации) и при разработке их без предварительного рыхления взрывным спо- собом. 4. К насыпным грунтам относятся грунты, проле- жавшие в отвалах менее 6 мес и не подвергавшиеся искусственному уплотнению (проездом, укаткой и т. п.). Рис. 14.10. К определению максимально допустимо- го угла наклона плоского откоса 14.3.4. Определение ширины призмы обрушения откоса Ширина по верху призмы обрушения от- коса может быть определена с помощью рис. 14.11, составленного, как и предыдущие гра- ТАБЛИЦА 14.2. КООРДИНАТЫ ПРЕДЕЛЬНОГО ОТКОСА у' Значения —х1 при ц', град —X, м К,м 10 15 12 5,0 5,0 3,5 5,0 5,0—3,5 5 - 2—4,4 7,35 7,5 7,5 11,5 7,5 11,5—7,5 5 - 2=9,9 14,85 11,25 10,0 19,0 12,5 19,0-— 19,0—12,5 5 - 2=16,4 24,6 15,0 12,5 27,0 18,0 27,0 27,0—18,0 5 - 2=23,4 35,1 18,75 15,0 37,5 24,0 37,5—24,0 о—39 1 48,15 22,5 5 17,5 48,5 30,5 48,5- 48,5—30,5 5 - 2=41,3 61,95 26,25 20,0 58,0 37,5 58,0—:— 58,0—37,5 5 - 2—49,8 74,7 30,0 24,2 75 50,0 75,0 75,0—50,0 5 - 2=65,0 97,5 36.3
1 Рис. 14.11. К определению величины В® фикй, на основании решений В. В. Соколов- ского [4] и таблиц института Фундаментпро- ект [3]. По рис. 14.11 в зависимости от зна- чений ср' и Н0—/г0, где Но = НоЪ/с', (14.ё) определяется безразмерная величина Во, со- ответствующая ширине призмы обрушения на глубине hQ, по которой вычисляется ширина призмы обрушения Во на поверхности грунта
14.3. 'Методы и примеры. расчетов . - - 337 - 45 у.м Рис. 14.12. К примеру 2 / — контур запроектированного откоса; 2 — контур предельного откоса Ширина призмы обрушения используется при аппроксимации криволинейного контура предельного откоса ломаным контуром: ши- рину берм и площадок следует принимать не менее ширины призмы обрушения уступа. Пример 14.2. Требуется запроектировать откос насыпи высотой 40 м в глинистых грунтах с характе- ристиками <р'=12°, с' = ЗО кПа, 7^=20 кН/м3, прини- мая высоту уступа 10 м. • 1 Решение. При проектировании высоких откосов насыпи с разбивкой их на уступы расчет рекоменду- ется начинать с построения контура предельного от- коса (который при наличии насыпи является наибо- лее экономичным), а затем аппроксимировать его уступчатым откосом. , По рис. 14.9 для ф' = 12° находим/^ =2,45. Тогда предельная высота вертикального откоса при = =30/20=1,5 м по формуле (14.2) будет: /го =2,45• 1,5 =3,7 м. Для построения контура откоса на глубине, пре- восходящей 3,7 м. задаемся значениями у' на кривых для <р'=10° и <р'=15° (см. рис. 14 8), находим соот- ветствующие этим значениям у' значения х' и вы- числяем по интерполяции промежуточные значения .т', а затем—х и у для <р'=12° до глубины 40 м, т. е. до значст ия у' = (40—3,7)/1,5=24,2. Вычисления сводим в табл. 14.2. Построенный по результатам вычислений, контур, предельного откоса показан на рис. 14.12 Затем по рис. 14.10 при с'/(у1 На) —30/(20-10)=0,15 определяем предельную крутизну верхнего уступа: @о=61° при (р' = 10°, 0о=7О° при ср'=15° и по интерпо- ляции находим- 0о = 61°+(70—61)2/5=64,6° при ф'=12°. Такая крутизна откоса уступа больше допускае- мой по табл. 14.1 (63°), поэтому принимаем зало- жение откос/ верхнего уступа 1 : 0,5. Лежащие ниже уступы, учитывая большую высоту откоса, необхо- димо принимать более пологими, очерчивая предель- ный контур, как это показано на рис. 14.12. Для назначения размера бермы для уступа высо- той 10 м сначала по рис. 14.11 при Нд—йд= 10/1,5— —2,45=4,22 находим: Bq=3,7 при ?р' = 10', 5^=2,5 при <р'=15° и по интерполяции вычисляем: =3,7— (3,7— —2.5)2/5=3,22 при <р'=12°. Затем по формуле (14.7) определяем минимальную ширину призмы обруше- ния: ' Во = (3,22 —2,45 cfg 63°) 1,5 = 2,95 м. -’Учитывая большую высоту от<оса, принимаем Во=4 м. Располагаем бермы через 10 м по высоте откоса по 2 м в обе стороны от контура предельного откоса и строим уступчатый плоский откос, соеди- няя'конечную точку предыдущей бермы и начальную точку последующей. Заложение по'учеииых уступов откоса: четвертого 1 : 3,375, принимаем 1 : 3,5; треть- его Is 2,9, принимаем 1 : 3,0; второго 1 : 1,73, прини- маем 1 : 1,75; заложение верхнего уступа принято по 22—213 расчету .1 : 0,5. На рис. 14.12 показано очертание предельного контура и полученный уступчатый про- филь откоса. 14.3.5, Основные принципы определения требуемого контура откоса в сложных условиях Вышеприведенные графики могут быть ис- пользованы также для „построения контуров откосов первоначального рабочего профиля в неоднородных грунтовых .условиях с последу- ющим поверочным расчетом по принятой (од- ной из приводимых ниже). . расчетной схеме. В пределах каждого слоя предельные за- ложения уступов и ширина берм определяют-, ся, как показано в примере 14.2, соответствен- но по рис. 14.10 и 14.11. Контуры предельных откосов строятся по рис. 14,8 исходя из ус- ловия, что заложение откоса толщи, залега- ющей над подошвой каждого гс-го слоя, дол- жно быть не меньше заложения предельного откоса, построенного по характеристикам п-го слоя на всю высоту от подошвы до поверхно- сти земли. При . неоднородном сложении , грунтового массива, при необходимости учета фильтра- ционного и сейсмического воздействия и при нагрузках на поверхности грунта, превосходя- щих h0Yi [см. формулу (14.2)], требуемый контур (профиль) откоса отыскивается мето- дом последовательных приближений. Первона- чально задаются некоторой его конфигураци- ей и при необходимости размещением выбран- ных удерживающих и других защитных соо- ружений. При этом следует руководствовать- ся материалами и данными инженерно-геоло- гических и гидрогеологических условий скло- на или откоса. Должны также учитываться требования по использованию территории, со- держащиеся в задании на проектирование. Для проверки правильности принятого ре- шения по конфигурации откоса и размещения на нем защитных сооружений выполняются
338 Глава 14. Устойчивость откосов расчеты, которые ведут по выбранным харак- терным поперечникам, отражающим все осо- бенности поверхности, геологического строе- ния грунтового массива, гидрогеологических условий, свойств грунтов, характера и ориен- тации поверхностей ослабления в грунтовом массиве, трещиноватости. На поперечники на- носят принятые профили откоса и проверяют возможность возникновения в грунтовом мас- сиве предельного состояния по потере устой- чивости грунта на сдвиг по разным расчетным поверхностям. При первоначальном выборе очертания откосов учитываются все указанные выше особенности природных условий, а откосы и площадки уступов подбираются на основе ре- комендаций, приведенных в п. 14.1, и с ис- пользованием рис. 14.10 и 14.11. При наличии в толще грунтового массива слабых прослоек можно использовать рис. 14.8, позволяющий установить предельный контур откоса над сла- бой прослойкой по его характеристикам. Рас- четные поверхности предполагаемого сдвига намечаются с учетом обнаруженных при изыс- каниях ослаблений в грунтовом массиве (на- пример, поверхностей смещения оползней, тре- щиноватости, зон тектонических нарушений) и других инженерно-геологических особенно- стей. Расчетные поверхности должны пересе- кать грунтовой массив как на отдельных уча- стках, так и по всей его высоте до подножия, проходить по подошве и ниже подошвы удер- живающих сооружений. Поверхности, проводи- мые в более прочном грунте, залегающем на менее прочном, должны захватывать также и подстилающий слой. При значительной проч- ности слоя, залегающего на слабом грунте, должна учитываться возможность образова- ния в верхнем слое трещин. Рассматриваемые поверхности имеют плоское или ломаное очер- тание с плоскими или криволинейными участ- ками и, как правило, с общим уклоном в сторону откоса. В частных случаях, когда в грунтовом массиве имеются ослабленные по- верхности, которые могут быть аппроксимиро- ваны плоскостями, рассматриваются плоские поверхности, а при отсутствии таких плоско- стей — круглоцилиндрические поверхности. На рассматриваемых поверхностях про- веряется условие устойчивости, вытекающее из формул (14.1) и (14.3) и приобретающее вид соответственно принятой расчетной схеме, или определяется коэффициент устойчивости про- тив сдвига части грунтового массива, отсека- емого рассматриваемой поверхностью (отсека грунтового массива). Если на какой-нибудь поверхности условие устойчивости не соблюда- ется или коэффициент устойчивости окажется меньше требуемого его значения, то следует изменить выбранную конфигурацию откоса, усилить удерживающие или применить другие сооружения. Если в условии устойчивости со- блюдается неравенство (коэффициент устой- чивости больше нормируемого значения), то также допускается изменение профиля в сто- рону увеличения крутизны откоса или облег- чение защитных сооружений (когда это тех- нически возможно и экономически целесооб- разно). Такой подбор профиля откоса продол- жается до соблюдения в условии устойчиво- сти равенства или требуемого значения коэф- фициента устойчивости. В основе расчета рекомендуется прини-" мать метод вертикальных элементов, при ко-. тором отсек грунтового массива, ограниченный откосом и поверхностью, рассматриваемой в качестве поверхности сдвига, делится верти- кальными отрезками на ряд элементов таким образом, чтобы можно было принимать осно- вание каждого элемента плоским и прочност- ные характеристики на нем постоянными. Ус- тойчивость отсека грунтового массива выявля- ется из рассмотрения условий предельного равновесия его отдельных элементов и всего отсека в целом. В некоторых частных случаях целесообразно вместо вертикальных границ между элементами принимать наклонные, но суть расчета при этом не меняется. Следует также учитывать, взвешенное состояние водо- носных грунтов, залегающих ниже депрессион- ной поверхности. Фильтрационное воздействие учитывается введением в расчет дополнительной горизон- тальной объемной силы Pw, определяемой по формуле Pw = ywI, (14,8) где т 1 — соответственно удельный вес воды, кН/м3, и уклон фильтрационного потока, принимаемый равным уклону депрессионной поверхности в преде- лах водоносной части рассматриваемого отсека грун- тового массива. Отсюда равнодействующая горизонталь- ных фильтрационных сил в i-м элементе Puii, кН, определяется по формуле Pwi — ywi h-wi khwit (14.9) где h w- — средняя высота обводненной части i-ro элемента, м; ДН — разность отметок депрессион- ной поверхности на границах элемента. Сейсмическое воздействие учитывается введением в расчет в пределах рассматривае- мого отсека грунтового массива дополнитель- ных горизонтальных объемных и сосредоточен- ных (или распределенных на каком-то участ- ке) сил. Дополнительные горизонтальные объ- емные силы определяются путем умножения удельного веса грунта и сил фильтрационного
14.3. Методы и примеры расчетов 339 давления на коэффициент Khf- Дополнитель- ные сосредоточенные (или распределенные на каком-то участке) горизонтальные силы опре- деляются умножением веса подземных конст- рукций и сооружения на коэффициент Khf- Значения Khf — коэффициента, учитывающего сейсмическое воздействие на сдвигающийся от- сек грунтового массива, рекомендуется прини- мать равными 0,05, 0,075 и 0,15 соответствен- но для расчетной сейсмичности 7, 8 и 9 бал- лов. Равнодействующая сила веса грунта и подземных конструкций Gi (с учетом взве- шивания и нагрузки на поверхности) и гори- зонтальной силы сейсмического воздействия, кН, в Z-м элементе определяется по формуле = (и.ю) Равнодействующая веса воды в объеме между поверхностью подземных вод и осно- ванием Glci и горизонтальной силы сейсмиче- ского воздействия в г-м элементе, кН, вычис- ляется по выражению °- = owl К' + (14.11) Равнодействующая горизонтальных филь- трационных сил PWi с учетом сейсмического воздействия в i-м элементе, кН, находится по зависимости Р«1 = pwl 0 + Кы). Угол между нормалью к основанию i-ro элемента и направлением действия сил G£- и , град, определяется следующим образом: = ai + Phfn (14.13) где р t — угол отклонения силы G. (Gwl ) °т вер- тикали, град, равный arctg ; О’,.—-угол между нормалью к основанию г-го элемента и вертикалью (имеет положительное значение при нисходящей по- дошве элемента и отрицательное — при восходящей подошве), град. Все расчетные формулы приводятся в об- щем виде с учетом сейсмического и фильтра- ционного воздействия. При отсутствии сейсмич- ности Кд/ = 0; при отсутствии фильтрационного воздействия Ри. = 0 и G!c=0. . 14.3.6. Расчет устойчивости отсека грунтового массива против сдвига по выбранной поверхности Расчетная схема 1 (поверхность произволь- ной формы). Рассматриваемая поверхность ап- проксимируется ломаной поверхностью. Отсек грунтового массива разбивается вертикальны- ми линиями на элементы так, чтобы основание каждого элемента было плоским и однородным с постоянными в пределах элемента характе- ристиками гр и с. Рассматриваются три урав- нения равновесия сил, действующих на эле- мент отсека (см. схему 1 табл. 14.3): Sx == 0; Ni sin az- -j- cos |3£- — cos аг -ф ~b Gt Khf -ф (1 -Ф Khf) = 0; Sy = 0; Nt cos аг -ф A£sin {Зг — — Tt sin аг Gz- = 0; 2Л4а = 0; / Ь; \ bj Klt.x \hii — tgc^y -ф Eiiy — _ ( bt \ ' Ert,x I hTi — tg aj -j- \ " ✓ bi + En,y --------Gi Khf (Уг — Уог) — (14.14) Pwt (1 ~ф Khf) ywi — 0 (индексы «х» и «г/» обозначают проекции векторов на соответствующие координатные оси) и суммарные уравнения равновесия всего от- сека в целом: — 0; S (Ni sin a,t) — ZiTi cos c^) -ф -ф S (G£- Khf) -ф S [Pwi (1 -Ф (^f)'| = 0; Sy = 0; — S (Л/j cos аг) — — S (Tt sin аг) -ф SGZ = 0; (14.15) 2 [(Лф sin аг — T£ cos аг) -ф -ф (Ni cos -ф Tt sin аг- — Gz) х£ -ф ~Ф Ог- Khf yoi ~Ф Pwt (1 ~ф Khf) Уюг! — . совместно с соблюдающимся вдоль основания отсека в каждом его элементе условием пре- дельного состояния, которое исходя из фор- мул (14.1) и (14.3) выражается в виде: = + (14.16) kst kst где Е Г- —равнодействующая межэлементиых сил взаимодействия с правой стороны .то элемента, кН; —то же. с левой стороны '-го элемента, кН; ДЕ^—разность сил Ег^—Ец, действующих на г-й элемент. кН; /V- —нормальная сила в подошве i-го элемента, кН; р. -—угол между нормалью к границе г-го элемента и направлением межэлемеит- ных сил, град; Т- —удерживающая сила в подошве z-го элемента, кН; h rz- — высота от низа правой границы г-го элемента до точки приложения силы Ег^ , м; Иц —высота от низа левой границы г-го элемента до точки приложения силы Ец , м; &. — ширина i-го элемента по нормали 14 его границам, м; Е —длина подошвы i-го элемента, м; у —рас- стояние от цеитра тяжести i-го элемента, определен- ного с учетом взвешивания грунта и нагрузки на по- верхности, до оси х, м; у — расстояние от центра тяжести обводненной части г-го элемента до оси х, м; х } й у г- —координаты центра основания г-го эле- мента, м.
340 ... Глава 14. Устойчивость откосов Преобразование приведенных выше урав- нений, учитывая, что в предельном состоянии должно соблюдаться условие 2(Д£г) = 0, (14.17) и. принимая, что силы Е имеют постоянный угол наклона к горизонтали (3 на всех грани- цах между элементами рассматриваемого от- сека грунтового массива, приводит к системе четырех уравнений с четырьмя неизвестными: Ni, &Ei kat, р (см. табл. 14.3). Решение систе- мы производится итерационным способом при двух итерационных величинах k,t и р. Полу- чаемое значение k3t (фактического коэффици- ента запаса устойчивости против сдвига отсека грунтового массива по рассматриваемой по- верхности) должно быть не меньше нормируе- мого (см. п. 14.3). Этот расчет [7], хотя по строгости и усту- пает методу Соколовского, так как в нем сде- лан ряд допущений (например, |3=const), с учётом этих допущений удовлетворяет всем трем уравнениям статики, дает достаточно до- стоверный результат и заслуживает предпоч- тения перед другими известными методами, в которых не все уравнения статики соблюда- ются, Расчет по схеме 1 следует выполнять для всех ответственных объектов и для объектов, связанных с большими объемами работ, а так- же в других случаях, когда в грунтовом мас- сиве есть выраженная ослабленная поверхность (например, основание оползневого тела, текто- нический разлом и т. и.). Расчет выполняется с помощью ЭВМ *. Расчетная схема 2 (ломаная поверхность). Этот расчет [6], как и расчет по схеме 1, пред- назначен для случаев, когда поверхность воз- можного сдвига грунта ожидается не кругло- цилиндрической или не плоской формы. Расчет основан на рассмотрении многоугольника сил, действующих на элемент, и предположении, что в предельном состоянии силы Е направле- ны под углом '¥/2 к границам между элемен- тами (где — угол сдвига). Подобно всем методам, основанным на рассмотрении силовых многоугольников или уравнений без учета, мо- ментов сил, в нем не соблюдается уравнение моментов, хотя он дает в общем приемлемый результат (в большинстве случаев е некоторым дополнительным запасом). Этим методом мож- но пользоваться при проектировании соору- жений II и III класса, не связанных с боль- шими объемами работ, а также при проведении . сопоставительных расчетов для предварительногб назначения профиля откоса * Для расчета по схеме 1 с учетом сейсмического к фильтрационного воздействия имеется программа «Fundotks—Г. С» (ГПИ Фундаментпроект Минмон- таженецстроя, СССР, 1983). и отыскания опасных поверхностей в массиве при проектировании ответственных сооруже- ний, для которых окончательный расчет дол- жен быть произведен по схеме 1. При выпол- нении этого расчета можно ограничиться про- веркой условия устойчивости отсека грунтового массива, поскольку коэффициент устойчивости kst вводится в прочностные характеристики грунта ф и с. При необходимости определения фактического коэффициента устойчивости отсе- ка грунта он отыскивается графическим ре- шением уравнения как значение kst в точке пересечения кривых двух функций Fj (k3t) и F2 (ket) (см. формулы к расчетной схеме 2 табл. 14.3 и эскизы табл. 14.5 и 14.6). Осн ко- ординат и границы между элементами прн рас- чете с учетом сейсмичности поворачиваются на угол pht к вертикали. Расчеты по формулам схемы 2 могут выполняться на современных калькуляторах, а также с помощью ЭВМ. Расчетная схема 3 (круглоцилиндрическая поверхность). Поиск опасной поверхности про- изводится подбором. Этот способ по его об- основанию [6] и результатам расчетов прибли- жается к строгим способам, основанным на удовлетворении трех уравнений статики. Спо- соб может применяться для расчетов откосов во всех случаях, когда в грунтовом массиве нет выраженной поверхности сдвига. Ои мо- жет быть использован и для оценки местной устойчивости на отдельных участках откоса, в частности в местах залегания более прочных грунтов с относительно крутым откосом на бо- лее слабом основании. Расчет заключается ли- бо в проверке условия устойчивости, либо в определении коэффициента устойчивости, так же как и при расчете по схеме 2, графическим путем. При учете.сейсмического воздействия расчет следует вести , с поворотом осей х и у и границ между элементами на угол phf. Рас- четные формулы приведены в табл. 14.3.. Расчетная схема 4 (плоская поверхность). При выраженной в грунтовом массиве плоской ослабленной поверхности (контакт напластова- ний, тектонический разлом и>т. п.) с уклоном в сторону откоса необходимо проверить устой- чивость отсека грунтового массива против сдвига по этой ослабленной поверхности. Во многих случаях параметры сопротивления грун- та сдвигу принимаются по всей ослабленной поверхности. Тогда нет необходимости разби- вать отсек на элементы, а можно рассматривать его как один элемент. В общем ' же случае, когда необходимо учитывать неоднородность грунтового массива, • рассматриваемый отсек разбивается на элементы так же, как и при расчете по схеме 3. Расчетные формулы для
14.3. Методы и примеры расчетов 341 ---- ’ ' -• - ’ ____________ ТАБЛИЦА 14.3. ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ОТКОСОВ «.схемы Расчетные формулы -а • И '• "fi. Условие устойчивости ... : л - .. • определение' k-sf-;. графически -г;в, точке ,,пересечв' ния функций: .... ИГ' ';Г '<•..• И 1 ' • ?..т ‘ ..'... lilflJfHW- 5 ' ' ' ' ,5.2 .. : - •T'-'v-vi- - . ... £.,-7.-.fr.; : 1 ' т (, cos — 3<р£ /2j ft' __ высота верхней (правой) границы . i-rq эле- мента, м; ft"— высота нижней (левой.), границы i-.ro -эле- i мента, м;.. . : •.... .= •• • .• z. — разность .отметок поверхности, -цеядли . правой и левой границ г-го элемента, м. с Я®
342 Глава 14. Устойчивость откосов Продолжение табл. 14.3 К» Схемы Расчетная схема Расчетные формулы 3 Условие устойчивости Г Г г Q. tg ф. + Ь. с, I. 41 tl 1 + tg tg <p(. j cos sin to . > 0; i определение графически — в точке пересече- ния функций: (Gi+GWi)sin Условие устойчивости * .cos a Wl определение по формуле G . cos co tg <p + c 1 Iz Iz 2(g; sin co +Pw. cos a) поверхность; 2—-поверхность предполагаемого сдви' проверки условия устойчивости и для опреде- ления коэффициента устойчивости приведена в табл. 14.3. Пример 14.3. Требуется определить необходимый профиль прибрежного склона, ограждающего терри- торию строительства, с учетом размещения (в случае устройства террас) парковой площадки на верхней террасе и нагрузки ча ней 20 кПа. Должен быть обеспечен коэффициент устойчивости склона k gX =1.2. Склон расположен в районе, имеющем сейсмичность 7 баллов. Геологический разрез представлен водоносными галечниками (с линзами глин и песчаников), залега- ющими на водоупорных пестроцветных глинах, по- верхность кровли которых имеет падение в сторону откоса. Пестроцветные глины подстилаются водонос- ными песчаниками с прослойками глин. Расчетные характеристики грунтов приведены в табл. 14.4. ТАБЛИЦА 14.4. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ Грунты Фг град С1 кПа ?г кН/м3 Галечник Верхние глины Песчаник Пестроцветные глины . . . Депрессионная поверхносл верхних песчаниках выклинив кровлей подстилающих глин, 35 21 35 15 ж в г ается в а в ния 40 120 88 60 алечпик борт ст ;.чих вол 21,5 20 21,5 20 ах и в коса над поносных песчаниках — в водоем. Характер напластований дает возможность при- нять для расчета схемы сдвига по ломаным и круг- лоцилиндрическим поверхностям, которые в услови- ях плоской задачи изображаются ломаными линия- ми нли дугами окружностей. Решение. Отсек грунтового массива, ограничен- ный склоном и рассматриваемой поверхностью пред- полагаемого сдвига, разбивается на п элементов так, чтобы в основании каждого из них прочностные ха- рактеристики были постоянными. Границы между элементами в связи с наличием дополнительных сей- смических объемных сил принимаются под углом Рду к вертикали. Проверяем сначала общую устойчивость природ- ного склона на сдвиг по ломаным поверхностям 1 (ABCD), II (АЕК), III (AFD), IV (AFLM) и по круг- лоцилиндрическим поверхностям V и VI (рис. 14.13) исходя из расчетных характеристик фх и Во всех расчетах величина К для сейсмичности 7 баллов принята равной 0,05; р fLf— arctg 0,05=3°. Вес элемен- тов подсчитывается с учетом взвешивания в их об- водненной части. При расчетах на сдвиг по ломаным поверхностям (по формулам схемы 2 табл. 14.3) наиболее опасной оказалась поверхность /, я по круглоцилиндриче- ским (по формулам схемы 3 табл. 14.3) — поверх- ность VI. Расчеты на сдвиг для ломаной поверхно- сти I (рис. 14.14) и круглоцилиндрической поверх- ности VI (рис. 14.15) сведены соответственно в табл. 14.5 и 14.6. Как видно из этих таблиц, оба расчета дают в правой части уравнения предельного состоя- ния положительные величины, отвечающие значени- ям коэффициента устойчивости соответственно 1,020 и 1,012, т. е. откос является практически оползне- опаспым. Для обеспечения устойчивости склона с k =1,2 проектируем срезку грунта вверху и перемещение срезанного грунта вниз для подсыпки подножия склона с образованием двух широких террас: верх- ней шириной 95 м и нижней шириной 30 м. Кроме этих террас по высоте склона намечаем бермы. Все- го на склоне создается 11 уступов высотой 10—20 м- с бермами шириной 8 м (на контактах слоев) и 6 м (в промежутках между контактами). Заложение от- косов в Песчаниках принимаем 1 : 1,5 в верхних уступах и 1 : 1,75 в нижнем уступе (рис. 14.16). Мак- симальная крутизна откоса в песчаниках не превос- ходит угла внутреннего трения крупнообломочной осыпи этой породы (Зо°). Нижний уступ принят бо-
поверхности; 4 — песчаник; глины 1 — депрессионные верхние глины; Рис. 14.13. Расчетные поверхности сдвига (/—V/) природного склона 2 — галечник; 3 — 5 — пестроцветные из к я 6 160 - 150 - /45 - 130 - 120 - ИО - 100 - 90- 30 - 70. - 60 - so ю 30 so ю- О’. •10' 170 160 150 U0 130 100 110 W0 90 80 70 - 60 - 50 60 30 20 3 Ъ? Рис. 14.14. К расчету устойчивости природного скло- на по ломаной поверхности сдвига 1 (цифры в круж- ках расчетные элементы) см. экспликацию к рис. 14.13 D 0,00 14.3. Методы и примеры расчетов 343

Л& элемента • М <35 ф* GO. ЬЭ - : •~i. « <35 СЛ ,>•- .cotO ь-* . № элемента ;.§44 < Глава ТАБЛ.ИЦ-А 14.5. РАС'ЧЕТ* УС-ТОЙЧИВОСТ.Й? ОТК®€А 54,5 Г 98 8 С£, кПа 13,7 < 32,5 СП 00 1 СП 1 Ф;. град 6,85 16,25 сл‘ 17,5 Ф;/2, Град 0,993 О 'чэ СП 0,99 0,95 я COS ф/ 2 *-* CD ЬЭ СЛ W tO СО -•J £Т> Cl О CD со М □о' “! 50 53 20,5 2,675 СЮ а СП о at, град * to • 05 СИ 00 и. = а. + Php град ' 12,3 ;'-Ч ' . 18 3,08 <»г — ф/, град —21,2 *сл 8 —14,3 Sl‘S etg (о). — ф/) 5 S сх> SJ -ч сл • <55 'r-i СО И-* ' СО <35 СЮ ОО -ч <55 05 г»» М 1
14 ;3i Методы , и примеры расчетов 4345 Н0*«ЕМЕ" П0г ЛОВВАЖНОСТИ'•! (см. рис. . 14.14) . ( п гг ctg \®j м ' & 1 3 ь? X» и N~ 1 f CQS ф/ Г , ( L 2. Ctg ( ® . — у L (, \ 6 -Ф1) — м 1 i / / \ Sin (®f— <Р£) i i 3 ' ' — ф/, град е£ ЯЗ а, ..m см > *• «ед - 3 : i f, £ 8 \ 1 '— ?w ) яоэ е . 7 : . 18,5 30,9 36 . —257,4 . —114,4 514,8 185 —14,5 4,9 6 313,4 —140 —580,8 —202,2 —13,9 . 4,83 5,96 -300,67 —138,74 -574.99 —201,07 0,309 - 52,5 • - 0,5 ; ' 1 0,191 22,5 , 3,5. 0,998 —0,07 22,5 —11,5 0,98- 16 27,52 32,1 .—381,6 —169,6 763,2 ,—275,6 —17 1,52 2,1 —437,6 —195,6 —829,2 —292,6 —16,32 1,51 2,08 —434,54 —194,23 —823,4 —290,55 0,35 48,75 4,25 / 0,9Й 0,213 20,55 5,45 0,995 -—0,047 20,55 -9,55 0,986 Продолжение т»дл. 14.5 G., кН г ..J*- »• j в G; A. cos - , кН i 1 i 2 s Э •s s Э < ' pwt •= A®i | кН " НИ + l) ?,nrf = 5 - ’w’- Ле®' 1 G 6. = G. кН 14190 14 207 4188 — *— 23 090. 26 950 " 23 118 26 982 «75,4 51®, 6 8,5 15 3,5 6 297,5 9® 297,9 901,1 .1,0 - ’J 45 190, is к»:. 28 9®, . 2 0.10 45 244 18 122 28 935 . 2 012 —3138,7 —1257,2 —2007,1 — 133,7 18 14 7,5 11 5 13 1Й80 .. 7® ' -975 1982f4 7®,8 976,2 .2=7133,3 2=4858,4 14 1® ' 14 -207 4961,2 ’ — 1 23 ОЙ) ' 26 9® : 23 118 26 982 4912,6 5733,7 8,5 15 3,5 6 ' 297,5 ' 9® 297,9 9M.1 451®/: 181® ' 28 9® .2.010 " 45 244 18 122 28 935 2 012 —2156,5 —863„8 —1379,2 —95,9 18 14 7,5 11 5 13 /1980 7 7® /975 1982,4 700,8' 976,2. i,i 2=11112,1 2=4858,4
346 Глава 14. Устойчивость откбсов ТАБЛИЦА 14.6. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСА 1 № элемента Ч>1, град 1 е- ъс- "2 0; tg ф£’ , кН с;, кПа Ь. ц, кН t 1 Gjtg ф; 4- b С[, кН а., град ef го U О. + tT II 1 ?d)3) см -с + <о’“ II С5 * 1 35 0,7 24 940 24 970 17 479 58 40 •2320 19 799 41 44 0,966 0,676 2 21 980 22 010 5 899 24,5 1470 7 369 28 31 0,600 0,161 3 18 330 18 359 4 918 19,5 1170 6 088 25 28 0,532 0,142 4 32 380 32 420 8 688 36,5 2190 10 878 17 20 0,364 0,126 5 15 0,268 19 730 19 750 5 293 22 60 1320 6 613 16 18 0,325 0,087 6 27 770 27 800 7 450 35 2100 9 550 6,5 9,5 0,167 0,045 7 9 380 9 390 2 516 12,5 750 3 266 4,5 7,5 0,132 0,035 8 20 280 20 300 5 442 52 3120 8 562 —5,5 —2,5 —0,044 —0,012 1 30,15 0,583 24 940 24 970 14 558 58 33,3 1931 16 489 41 44 0,966 0,563 2 21 980 22 010 4 908 24,5 1225 6 133 28 31 0,600 0,314 3 18 330 18 350 4 092 19,5 975 5 067 25 28 0,532 0,119 4 32 380 32 420 7 230 36,5 1825 9 055 17 20 0,364 0,08 5 12,5 0,223 19 730 19 750 4 404 22 50 1100 5 504 15 18 0,325 0,072 6 27 770 27 800 6 199 35 1750 7 949 6,5 9,5 0,167 0,037 7 . 9 380 9 390 2 094 12,5 625 2 719 4,5 7,5 0,132 0,029 8 20 280 20 300 4 527 52 2600 7 127 —5,5 —2,5 —0,044 —0,01 ksi =1,0; /4=67,556; Л=59400,8 + 6789,8=66190,6; ksi = 1,2; Fi-57 969; F2=66190,6. лее пологим с целью уменьшения нагрузки на под- стилающие глины. В остальных грунтах принимаем крутизну 1 :2, что примерно очерчивает природный склон. Это очертание склона подобран: путем последо- вательных расчетов на сдвиг по круглоцилиндриче- ским поверхностям (по схеме 3 табл. 14.3) с учетом возможного образования трещин ч песчаниках и верхних глинах Трещины учитываются тем, что на проходящих в этих грунтах участках поверхностей, по которым проверяется возможность сдвига, сцеп- ление в песчаниках принимаем разным нулю, а в верхних глинах — с коэффициентом 0,5. Расчетные характеристики грунта отсыпки, выполняемой из галечника, принимаем: Ф1 =35°; cj =7,2 кПа; =20 кН/м3. При принятом очертании соблюлеч удовлетвори- тельный баланс земляных работ. Небольшая часть срезанного грунта вывозится. Дл отвода поверх- ностных вод га бермах предусматриваются канавки, а в месте выхода грунтовых вод верхнего водонос- ного горизонта — трубчатый дренаж. В результате расчетов отметка верхней террасы определилас +110,00 м, нижней — +50,00 м; наибо- лее опасной оказалась круглоцилиндрическая по- верхность VII. Проверку общей устойчивости склона прв подо- бранном очертании по расчетной поверхности VII производим, применяя строгий расчет по схеме 1 (табл. 14.3) е выполнением вычислений на ЭВМ по
14.3. Методы и примеры расчетов 347 ПО СХЕМЕ 3 ПО ПОВЕРХНОСТИ VI (см. рис. 14.5) 3 ' & + *С0 ЗОЭ ! (1 + tg coj X X cos co. 1 * /• / Gi tg <₽i + q (l+tg^Ztg©Jcos©. кН 2 •fo UlS C. sin со., кН г i’ M J) a ?• II § l'wi кН r Gwi sin кН 00 1,676 0,719 1,205 16 431,5 0,695 17 354 — — ’— — 1,161 0,857 0,995 7 406 0,515 11 335 8 1960 1962 1010,4 1,0 1,142 0,883 1,01 6 028 0,469 8 606 15 2925 2928 1373,2 1,126 0,94 1,06 10 262,3 0,342 11 088 18,5 67 52 6760 2312. 1,087 0,966 1,05 6 298 0,309 6103,1 18,5 4070' 4075 1259,2 1,045 0,986 1,03 9 272 0,165 4587 14 4900 4910 810 1,035 0,991 1,026 3183,2 0,130 1220,7 10 1250 1252 163 0,988 0,999 0,987 8675 —0,044 —893,0 6 2120 3124 —138 2= =67 556 £=59 400,8 2=6789,8 1,563 0,719 1,124 14 670 0,695 17 354 — — — — 1,134 0,857 0,972 6 310 0,515 11335 8 1960 1962 1010,4 1,119 0,883 0,998 5128,5 0,469 8 606 15 1925 2928 1373,2 1,08 0,94 1,015 8921,1 0,342 11 088 18,5 6752 6760 2312 1,2 1,072 0,966 1,04 5292,3 0,309 6103,1 18,5 4070 4075 1259,2 1,037 0,986 1,022 7778. 0,165 4687 14 4900 4910 810 1,035 0,991 1,021 2663,1 0,130 1220,7 10 1250 1252 163 0,99 0,999 0,98 7206 —0,044 —893,0 6 3120 3124 —138 2=57 969 2=59 400,8 S=6 789,8 разработанной институтом Фундаментпроект про- грамме. Исходные данные для расчета на ЭВМ при- ведены в табл. 14.7. Для расчета выполняется следующее: 11ачало координат размещаем ь верхней точке пересечения поверхности V/7 с контуоом откоса; сдвигаемый массив разбиваем на 20 вертикаль- ных элементов в соответствии с ексмендациями, изложенными в основных принципах определения требуемого контура откоса в сложных условиях (см, п. 14.4); геологическое строение сдвигаемого массива зада- ем в виде высот слоев грунта от повеохности VII по левой и правой границам элементов; положение поверхности VII и депрессионной по- верхности задаем абсциссам и ординатам в принятой системе координат; в подошвах элементов принимаем расчетные зна- чения ф j и с j. В результате расчета на ЭВМ коэффициент устойчивости запроектированного склона ksi полу- чился равным 1,202. Кроме проверки устойчивости всего склона в це- лом, рассматривается местная устойчивость на участ- ке выхода нг склон пестроцветны?: глин. Проверку местной устойчивости производим по круглоцилинд- рнческим поверхностям VIII—XI, проходящим по кровле и подошве пестроцветных глин, с учетом fes^ = l,2 и образования трещин в песчаниках (рис. 14.17). Все расчеты показали соблюдение условия устой- чивости по схеме 3 табл. 14.3 с k si — 1,2. И.3.7. Определение давления грунта на удерживающие сооружения на откосе Если в грунтовом массиве нет выраженной поверхности сдвига, то давление грунта на удерживающее сооружение определяется по формулам, приведенным в гл. 7. При выражен- ной поверхности сдвига в грунтовом массиве (контакты пластов, тектонические зоны, подо- шва оползневого тела) давление на удерживаю- щее сооружение определяется подобно расче- там откосов с разбивкой оползающего отсека грунтового массива на элементы [1].

Рис. 14.15. К расчету устойчивости природного скло- на по Kpyi лоцилиндрической поверхности VI (цифры в кружках — расчетные элементы) см. экспликацию к рис. Г4;13- Рве. 14.16. К расчету устой- чивости запроектированного откоса (цифры в кружках — расчетные элементы)' 1 — депрессионные поверх- 200 250 —4-4—* ’ >t 1—4——1—за- пости; 2 — очертание при- родного склона; 3;—галеч- ник; 4— верхние глины;' 5.— песчаник; - 6 — проектное очертание склона! 7 — гори- зонтальный дренаж; “3 — пестроцветные глины; VII — расчетная поверхность сдвн- 348*д; Глаеа:. Н, откдеов
14.3. Методы и примерь! расчетов 349 ТАБЛИЦА 14.7. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ОТКОСА ПО СХЕМЕ I ПО ПОВЕРХНОСТИ VII (см. рис. 14.16) Номер элемента Характеристи- ки в подошве элемента Координаты по боковым границам элемента м Вертикальная нагрузка, Р, кПа Номер подэле- мента Высота по гра- ницам под- элемента, м Удельный вес грунта подэлемента, кН/м® .. Ф° с, кПа в подошве элемента ЛИНИН депрессии X у yw 1 35 40 0/16 0/11 лп 13 320 1' 0/11 21,5 . 2 21 60 16/30 11/21 280 2' 2" 11/11 0/10 21,5 20,0... 3 35 0 30/46 21/34 —’ 3' 3" 3“ 11/5 10/12 0/7 21,5 20 21,5 . 4 35 0 46/52 34/35 — 4' 4" 4” 5/8 12/11 7/9 21,5 20 21,5 5 35 0 52/70 35/46 35/39 5' 5" 5"' 5"" 8/0 11/8- 9/14 0/7 21,5 Г 6 35 0 70/76,5 46/48,5 39/40 — СО О С1 5 5 > 8/9 14/15 7,8,5 Is 7 35 ° 76,5/90 48,5/55 40/42 7' 7" у HI 9/0 15/20 8,5/13 20 27.5 10 8 15 аг 90/97 55/58 42/43 ОО ОО 00 20/22 13/11 0/4 21,5 10 20,9 9 15 60 97/110 58/64 43/46,5 “— 9 9" 9'° 22/14 11/9 4/8,5 21.5 10 15 60 110/116 64/66 46,5/48 10’ 10" 10'" 14/16 9/8 8,5/10 31.5 • «,9 : 11 15 60 116/130 66/69 48/48,5 11' И" 11я 16/8 8/5,5 10/15 <0 СЛ 12 15 60 . 130/134,5 . 69/73 48,5/51,5 . 12' 12" 12”' 8/10 6/4,5 ' 15/17 21,5 20,9 13 15 60 134,5/154 73/78 51,5/55 13' 13" 13 м 10/3 4,5/0 17/23 21,5 14 15 60 154/160 78/80 «5 — 14' 14" 14'" 3/0 0/4 23/23 'В*5 20,9 ' 10 15 - 60 160/181 80/85 —« 15' 15" 4/20 23/12 •20 20,9 16 . 15 60 181/204 85/89 — — 16' 20/16 12/5 16/18 5/4 17 15 60 204/209 89/90 — -- 17' 17" .So.9 18 15 60 209/231 90/91 —а «ей 18/13 19 15 а» 231/236 91/92 —• 13/14 20 . 20 15 60 236/262 ,92/96 —” 14/0 Пр н м е ч а н и е. Перед черт эй. даны кс (ординаты девой грани цы, за чер той — правой. Г
350 Глава 14, Устойчивость откосов СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Гинзбург Л. К. Противооползневые удержива- ющие конструкции.— М.: Стройиздат, 1979. — 80 с. 2. Моргулис М. Л. О запасе прочност г основа- ний. — Основания, фундаменты и механика грунтов, № 1, 1976, с. 38—39. 3. Моргулис М. Л., Иванова Л. И. Таблицы и графики для построения контуров откосов и опреде- ления напряжений в теле грунтового массива. — В кн.: Сборник трудов Фундаментпроекта. М., 1973. — с. 41—53. 4. Соколовский В. В. Статика сыпучей среды. — М.: Фнзматгиз, 1960, 243 с. 5. Строительные нормы и поавила. Земляные сооружения. СНиП Ш-8-76. — М.: Стройиздат, 1977. 6. Чугаев Р. Р. Земляные гидротехнические соо- ружения. — М.: Энергия, 1967. — 460 с. 7. Woldt J. Standsicherheltsberechnung von Boschungen nach der Grenzgleichgewichtsmethode. — Die Bautechnik, 1978, № 6, S. 198—203,
Глава 15. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ И ОБОЛОЧЕК 15.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Опускные колодцы представляют собой от- крытую сверху и снизу полую конструкцию любого очертания в плане, погружаемую, как правило, под действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработ- ки грунта внутри нее. Такие колодцы используются в различных отраслях строительства: в гражданском, коммунальном и городском хозяйстве — для фундаментов и подвальных этажей высотных зданий, подземных гаражей, насосных станций водозаборов и станций пе- рекачки, глубокой канализации, хранилищ и других подземных помещений разного назна- чения; в горнорудной промышленности — для подземных частей дробильно-сортировочных и дробильно-обогатительных фабрик, насосных станций свежей и оборотной воды и др. [2,3]; в металлургии — для установок непрерыв- ной разливки стали, вагоноопрокидывателей, скиповых ям доменных печей, отстойников ока- лины и других подземных помещений. Развитие методов строительства фундамен- тов глубокого заложения, способных воспри- нимать значительные вертикальные и горизон- тальные нагрузки (забивные сваи большой длины, сваи-оболочки, буровые сваи), привело к тому, что опускные колодцы в современном строительстве для фундаментов глубокого за- ложения используются редко. Однако в мосто- строении при определенных условиях, когда устройство фундаментов из свай-оболочек и кессонов экономически нецелесообразно или технически неосуществимо (строительство мо- стовых переходов через реки глубиной более 20 м и необходимость заглубления фундамен- тов более чем на 40 м ниже уровня воды, уда- ленность объектов от строительных баз и труд- ность в связи с этим доставки материалов и оборудования), сооружение опускных колод- цев является оптимальным решением и приме- няется достаточно широко. С помощью опуск- ных колодцев возможно устройство фундамен- тов с глубиной заложения, значительно превышающей заглубление кессонных фунда- ментов. Как известно, основным расчетным факто- ром при проектировании опускных колодцев является сопротивление погружению колодцев, возникающее от сил трения грунта по боковой поверхности оболочки. Имеется несколько спо- собов уменьшения сил трения грунта по боко- вой поверхности оболочек колодца. Так, на- пример, гидроподмыв или обмазка поверхно- сти эпоксидными смолами улучшают условия погружения опускных колодцев и снижают величину трения до 25 %. Разработаны спо- собы принудительного воздействия для преодо- ления сил трения: дополнительная пригрузка, вдавливание домкратами, применение мощных вибраторов и т. д. Одним из наиболее распро- страненных и эффективных способов уменьше- ния сил трения является способ погружения колодцев в тиксотропной рубашке. Преимуще- ство этого способа погружения по сравнению со способом погружения традиционных массив- ных опускных колодцев заключается в возмож- ности уменьшения собственного веса колодца иногда в 2—3 раза, что соответственно позво- ляет сократить объем и стоимость работ, сро- ки строительства и достичь экономии материа- лов. Применение опускных колодцев в качестве заглубленных сооружений, а иногда и глубо- ких опор может конкурировать в различных гидрогеологических условиях при соответст- вующем технико-экономическом обосновании с другими вариантами строительства таких со- оружений: в открытом котловане с примене- нием водопонижения, шпунтового ограждения, химического и электрохимического закрепления грунтов стен котлована, способом «стена в грунте», кессоном. В зависимости от условий, а также с уче- том экономической целесообразности колодцы могут погружаться одним из следующих спо- собов: без водоотлива (при отсутствии подземных вод или при подводной разработке грунта); с открытым водоотливом; с водопонижением; с устройством противофильтрационной за- весы; комбинацией приведенных выше способов. При строительстве заглубленных сооруже- ний методом опускных колодцев в тех случа- ях, когда в непосредственной близости оказы- ваются фундаменты колонн существующих зданий или заглубленные фундаменты дейст- вующего оборудования, деформации прилегаю- щего к оболочке опускного колодца массива грунта недопустимы. В связи с этим требуется разрабатывать дополнительные мероприятия, исключающие смещение грунта в наружной зоне колодца. К таким мероприятиям, как пра- вило, относятся: увеличение коэффициента опу- скания (Л’>1,15), запрещение разработки грун- та под банкеткой ножа колодца, обеспечение устойчивости грунта в забое на всех этапах опускания и др.
352 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек 15.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ В соответствии с действующими норма- тивными документами внутренние размеры в плане колодцев, используемых для помещений, должны быть больше размеров, необходимых для размещения оборудования и устройства проходов, на величину Дь м (рис. 15.1), опре- деляемую по формуле Дх = 0,01/7.4-0,2, (15.1) где Нй — внутренняя глубина колодца, и. Рис. 15.1. Схема опускного колодца а _ габарит сооружения, опирающегося на колодец; Д1 и Д2— дополнительные размеры, определяемые по формулам (15.1) и (15.2) (штрихпунктирными линия- ми обозначены контуры помещения для размещения технологического оборудования) Проемы и отверстия в наружных стенах колодцев следует принимать больше размеров технологического оборудования по высоте на 0,2 м и по ширине на 0,1 м. В опорах днища и перекрытий допускаются отклонения на ±0,1 м. от проектных отметок уступов, консо- лей и обрезов на наружных стенах колодцев. Наружные размеры колодцев для глубо- ких опор в плане поверху должны быть боль- ше размеров надфундаментной части на вели- чину Д2, хМ (рис. 15.1), вычисляемую по выра- жению Д2 = 0,01//^ +0,1, (15.2) где —глубина погружения колодца, м. Наибольшее распространение в современ- ной практике строительства получили бетонные и железобетонные колодцы. По форме в плане опускные железобетонные колодцы могут быть круглыми, прямоугольными и смешанной фор- мы (например, прямоугольными с закругленны- ми торцевыми стенами), с внутренними пере- городками и без них. Форма колодца определяется конфигурацией проектируемого подземного помещения, выбираемой из усло- вий обеспечения требований технологии. Пред- вия работы этой конструкции при опускании и эксплуатации оболочек. Железобетонные колодцы применяются в основном трех типов: монолитные, сборно-мо- нолитные и сборные. В оболочках монолитных опускных колод- цев различают две основные части: ножевую с банкеткой и собственно оболочку. Ножевую часть колодца (нож) выполняют, как прави- ло, из железобетона. Металлическая конструк- ция или облицовка ножа металлом, как пока- ' зал опыт, неэффективна в грунтах с твердыми включениями, так как при соприкосновении с различными препятствиями она деформируется, что в дальнейшем приводит к затруднениям в ее опускании [1], Основные типы ножей же- лезобетонных колодцев показаны на рис. 15.2. Рис. 15.2. Типы ножей опускных колодцев Ножевая часть обычно должна выступать за стену оболочки в сторону грунта на 100--• 150 мм, чтобы уменьшить силы трения при по- гружении. При погружении в тиксотропной рубашке на этом участке закрепляют уплотни- тель — манжет. При опускании колодцев в сухих грунтах, с водоотливом или с водопонижением рекомен- дуется применять ножи типа «а» и «б», а при опускании колодцев подводным способом’ — ножи типа «в» и «г» (см. рис. 15.2). При бе- тонировании ножа в траншее или на призме (рис. 15.3) можно применять все типы ножей. Рис. 15.3. Временное основание под нож колодца а — на щебеночной призме: 1 — железобетонное коль- цо форшахты, 2—нож колодца; 3—призма из щеб- ня или гравия; б — в траншее: 1 — откос траншеи; 2 — плиты оболочки или щиты опалубки Ширина банкетки b (см. рис. 15.2) составляет 0,2—-0,6 м размер с полки для опоры плиты —- почтительнее круглая форма, поскольку она 0,2—0,4 м. Размер I для ножей типа «а» и «б.» обусловливает наиболее благоприятные ,уело- соответствует толщине, днища, а для ножей тн-
15.2. Конструктивные решения 353 па «в» и «г» — толщине бетонной подушки. Размер hp соответствует толщине железобе- тонной плиты днища. Толщина стен монолитных железобетонных колодцев назначается из условия создания не- обходимого веса для преодоления сил трения, возникающих при погружении. В наиболее крупных колодцах толщина стен достигает 2— 2,5 м и более, если колодцы погружаются без тиксотропной рубашки. Высоту первого яруса бетонирования на- значают в зависимости от характеристики при- меняемого кранового оборудования (вылета и высоты подъема стрелы), но не более высоты, определяемой расчетом из условия предельной несущей способности грунтов в основании но- жевой части колодца. Высоту последующих ярусов назначают, как правило, равной высоте первого яруса или кратной размерам между- этажных перекрытий, опалубочных щитов. Чис- ло ярусов назначается в зависимости от глу- бины опускания колодца, при глубине до 10 м колодец бетонируют на всю высоту. Для бетонирования стен наряду с деревян- ной щитовой опалубкой применяют опалубку из железобетонных плит-оболочек. Несмотря на широкое распространение, опускные колодцы из монолитного железобето- на имеют существенные недостатки, главными из которых являются большой расход материа- лов и значительная трудоемкость, так как они полностью изготовляются на строительной пло- щадке. В последние годы были разработаны раз- личные конструкции опускных колодцев с при- менением сборных облегченных элементов: из пустотелых криволинейных блоков, ук- ладываемых с перевязкой швов, с соединением на сварке закладных деталей; из типовых лотковых плит, собираемых на заранее выполненном монолитном каркасе ко- лодца; из пустотелых прямоугольных блоков, ук- ладываемых без перевязки швов и соединяе- мых с помощью петлевых стыков; из вертикальных панелей, соединяемых с помощью петлевых стыков или сваркой с ис- пользованием металлических накладок и замо- ноличиванием соединений. Последние два типа конструкций получили наибольшее распространение в практике строи- тельства (рис. 15.4). В опускном колодце из тонкостенных пу- стотелых сборных элементов (рис. 15.5) ноже- вая часть выполняется из монолитного желе- зобетона с опалубкой из плит-оболочек. На но- жевой части монтируют оболочку из сборных двухпустотных железобетонных элементов с за- зорами между ними для образования стыка без перевязки швов на всю высоту сооруже- ния. Вся оболочка собирается из прямоуголь- ных элементов и имеет в плане форму много- угольника. Блоки армируют сетками и карка- Рис. 15.4. Опускные колодцы а — из панелей б — из блоков; 1 — панели; 2 — фор- шахта; 3 — тиксотропная рубашка; 4 — блоки; 5 и 6 — пояса и нож из монолитного железобетона сами. По торцам каждого блока устраивают петлевые выпуски рабочей арматуры. В петли выпусков смежных вертикальных рядов бло- ков вставляют вертикальные стержни, прива- риваемые к выпускам арматуры из ножевой части. Стыки омоноличивают бетоном. Блоки устанавливают на растворе, и отдельные их ряды скрепляют между собой только в вер- тикальных стыках. Таким образом, стык вос- принимает как кольцевые, так и вертикальные растягивающие усилия. Замоноличенный непре- рывный по высоте стык представляет собой, по существу, колонну каркаса, нижней частью которого является ножевая часть, а горизон- тальными элементами по высоте оболочки — монолитные пояса, устраиваемые в верхней ча- сти каждого яруса опускания. Колодец можно погружать в тиксотропной рубашке или без нее, заполнив при необходи- мости пустоты блоков тяжелыми местными ма- териалами. Сборные колодцы (диаметром до 60 м и глубиной опускания до 20 м) из плоских па- нелей сплошного сечения (см. рис. 15.4, а) на- шли распространение при строительстве объ- ектов малых и средних размеров. Колодцы со- бирают из плоских панелей большой длины —
SS4, Глава 15 Проекгирб^акие опускных колодцев а оболочек Рис. 15.5. Корпус крупного дробления 1 — галереи для транспортеров; 2 — ножевая часть колодца; 3 — стена опускного колодца из сборных железобетонных блоков; 4 — монолитные железобе- тонные пояса; 5 — тиксотропная рубашка; 6 — желез- нодорожные вагоны; 7 — мостовой кран грузоподъем- ностью 200 т; 8 — дробилки крупного дробления ру- ды; 9 — перекрытия; 10— конусные дробилки; 11 — д.нИще колодца; 12— галереи для натяжной станции; 13 — пески мелкозернистые; 14 — глины алевролито- вые; 15 — крепкие мергели; 16 — суглинки; 17 — лес- сы; 18 — суглинки лессовидные; 19 — водопонижаю- щие скважины на всю высоту колодца. Между собой панели соединяют с помощью петлевых стыков или накладками на сварке. Плоские панели фор- муют в опалубке одновременно с ножевой частью. При недостаточной грузоподъемности кранов панели изготовляют меньшей длины, чем глубина опускания колодцев. В таких слу- чаях в колодце устраивают горизонтальный стык, в котором панели соединяются сваркой закладных деталей. Колодцы этой конструкции необходимо опускать в тиксотропной рубашке, так как при опускании без нее вес их недостаточен. Наблюдениями установлено, что устойчи- вость грунта при погружении колодцев в тик- сотропной рубашке обеспечивается гидравличе- ским напором суспензии1 * 1 м при ее плотности 1,05—1,07 г/см3. Верхняя часть грунтовой стен- ки в щели для тиксотропной жидкости подвер- гается неблагоприятным воздействиям из-за ко- лебания уровня и обладает наименьшей устой- чивостью, поэтому по периметру устья рубашки устраивают форшахту, которая в большинстве случаев решается в виде железобетонного поя- са. Иногда для этого применяют деревянные или металлические щиты, устанавливаемые на деревянное или железобетонное основание. Вы- сота форшахты принимается равной 0,8—-1,2 м. Полость для тиксотропной рубашки обра- зуется за счет уступа в ножевой части наруж- ной стенки колодца. Контакт колодца с грун- том (при нормальном опускании) происходит только на участке стены ниже этого уступа, а выше него стенка колодца и грунт разделены тиксотропной жидкостью, что исключает воз- никновение сил трения по наружной поверхно- сти оболочки колодца. Высоту ножевой части (расстояние от бан- кетки до наружного уступа) следует принимать 1 Подобно о суспензии (глинистом растворе) см. гл« 16»
fS.S. Конструктивные решения 355 2 1 1 Z « Рис. 15.6. Манжет тиксотропной рубашки 1 — инъекционная труба; 2 — защитный уголок; 3 тиксотропная суспензия; 4 — форшахта; 5 — глиня- ный замок; 6’ — уплотнитель из транспортерной леп- ты; 7 — стена; 8 — планка не менее 2—2,5 м независимо от глубины по- гружения; ширину уступа — 100—150 мм. Для предотвращения утечки глинистого раствора по периметру вдоль наружной стенки ножевой части колодца, на его уступе устраи- вают уплотнитель. Наибольшее применение име- ет конструкция (рис. 15.6), в которой уплот- нение зазора достигается благодаря устройст- ву манжета из трех или четырех слоев транспортерной ленты с замком из пластичной мятой глины. Ширина ленты в нижнем слое (по условиям прочности) должна быть не бо- лее 0,5 м, последующие слои соответственно уже предыдущих. Манжет крепится к бетон- ному уступу с помощью заделанных в бетон болтов через прижимной уголок. Высота гли- няного замка 0,4—0,6 м, причем верх его дол- жен быть на 150—-200 мм выше отогнутого вверх по грунтовой стенке края ленты манже- та. Следует отметить, что все применяемые до настоящего времени конструкции уплотнителей не дают надежного решения по предотвраще- нию утечки глинистого раствора. В институте Фундаментпроект разработан! принципиально новая конструкция уплотняю- щего устройства, которое представляет собой треугольный выступ, расположенный на верх- Рис. 15.7. Уплотняющее устройство для предотвра- щение утечки тиксотропной рубашки 1 — металлический лист; 2 — уголки; 3 — анкерующие стержни; 4 — металлический нож; 5 — ребро нем участке наружной поверхности ножа (рис. 15.7). Эффект уплотнения достигается с помо- щью выступа за счет образования в процессе погружения зоны уплотненного грунта по все- му периметру колодца. Размер от края высту- па до наружной поверхности оболочки может быть рекомендован 50—100 мм и в последую- щем должен уточняться в результате обобще- ния практического опыта строительства. Конструктивно узел уплотнения может быть решен в виде неравнополочного уголка, приваренного к металлической полосе, заанке- ренной в бетоне ножа. Анкеровка этого узла должна быть рассчитана на нагрузки, необхо- димые для преодоления сопротивления грунта вследствие его уплотнения при погружении колодца. Полость (щель) рубашки заполняется при погружении колодца в глинистые грунты сус- пензией, заливаемой сверху за форшахту. При погружении колодцев в песчаных водонасыщен- ных грунтах раствор следует подавать в ниж- нюю зону тиксотропной рубашки по инъекци- онным трубам, располагаемым в плане через 3—6 м по наружному периметру опускного колодца. Нижняя часть труб перфорируется на длине 0,7—0,8 м. Конец трубы закрывается заглушкой. Для обеспечения беспрепятственно- го выхода глинистого раствора инъекционная груба перфорируется на половине периметра со стороны стены колодца и труба крепится на расстоянии 10—20 мм от поверхности стены. Для защиты инъекционных труб при навалах они закрываются сплошным уголком. Одно- временная подача глинистого раствора в по- лость тиксотропной рубашки через все инъек- торы обеспечивается с помощью коллектора, закрепляемого у верхнего края колодца и объ- единяющего верхние концы инъекторов. Днище выполняется в монолитном железо- бетоне независимо от конструкции оболочки
356 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек колодца. При погружении колодцев насухо (при отсутствии подземных вод или с применением водопонижения) основание днища выравнива- ют дренирующим материалом. В качестве дренажа применяют щебень, гравий и песок, укладывая их по типу обрат- ного фильтра от мелких фракций (внизу) до более крупных (вверху). Оклеенную гидроизо- ляцию днища устраивают под железобетонной плитой по подготовке из монолитного бетона (рис. 15.8); металлическую гидроизоляцию — поверх плиты. Рис. 15.8. Основания днища колодца а — при разработке грунта с водопонижением; б — то же, с выемкой грунта из-под воды; 1 — железобе- тонное днище; 2 — гидроизоляция битумными мате- риалами; 3 — цементная стяжка; 4 — бетонная подго- товка; о — толь или рубероид; 6 — дренажный слой; 7 — бетонная подушка При опускании колодца с выемкой грунта из-под воды в основании укладывают подушку из дренирующего материала или из бетона. Дренажная подушка является пригрузкой грун- тов основания для сохранения их устойчивости при откачке воды из котлована для устройства днища и применяется поэтому при сравнитель- но невысоком уровне подземных вод. Бетонную подушку выполняют методом подводного бетонирования. Толщину ее опреде- ляют расчетом на прочность при воздействии гидростатической нагрузки в период устройст- ва днища. Как правило, в это время для сни- жения гидростатической нагрузки воду из зумп- фов откачивают. Конструкция гидроизоляции колодцев должна выбираться в зависимости от гидро- статического напора подземных вод на уровне пола наиболее заглубленного помещения и тре- бований влажности внутренних поверхностей колодца, руководствуясь нормативными доку- ментами по проектированию и устройству ги- дроизоляции подземных частей зданий и соору- жений. Верхнюю границу гидроизоляции стен следует принимать на 0,5 м выше максималь- ного прогнозируемого уровня подземных вод. До погружения колодца по наружной по- верхности стен устраивают гидроизоляцию из торкретбетона, а на нее дополнительно нано- сят окрасочную битумную гидроизоляцию. Днище рекомендуется изолировать битум- ными материалами (оклеенная гидроизоляция, литая асфальтовая гидроизоляция и др.), укла- дываемыми по бетонной подготовке, по- верхность которой выровнена цементной стяжкой. Гидроизоляция и облицовка колодцев из листовой стали не допускается, кроме случаев, когда это обосновано технологическими требо- ваниями (например, при одновременном воз- действии напорных подземных вод и высоких температур). Железобетонные стены и днища колодцев рекомендуется проектировать из тяжелого бе- тона марки не ниже М 200. Бетон для колод- цев, погружаемых в обводненные грунты, дол- жен иметь проектную марку по водонепрони- цаемости не ниже В4, марку по морозостойко- сти и удельный вес следует принимать по СНиП 2.03.01-84. Минимальная толщина элементов железобе- тонных конструкций колодцев должна назна- чаться следующей, мм: монолитных наружных стен , в «, , . „ . 300 сборных ' » » я. 200 днища....................., . 300 защитного слоя бетона для рабочей армату- ры в наружных стенах со стороны грунта . 30 то же, в основании днища .................. 35 При сопряжении колодца с примыкающи- ми сооружениями следует учитывать возмож- ную разность их осадок. 15.3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ В зависимости от сложности конструкций подземных сооружений, от гидрогеологических и инженерно-геологических условий площадки строительства опускные колодцы проектируют в одну или две стадии. В одну стадию выпол- няется рабочий проект со сводным расчетом стоимости для колодцев, строительство кото- рых будет осуществляться по типовым и по- вторно применяемым проектам, а также для технически несложных объектов. В две ста- дии — проект со сводным расчетом стоимости и рабочая документация со сметами для ко- лодцев, строительство которых будет осущест- вляться по индивидуальным проектам в слож- ных условиях. Понятие «сложные условия» включает многие факторы, определяющие условия про- ектирования и строительства сооружений. В первую очередь к ним следует отнести: а) сложные инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строи- тельства — переслаивание различных по фильт- рационным свойствам напластований обвод-
15.3. Исходные данные для разработки проектной документации 357. ценных грунтов, включающих неустойчивые или труднопроходимые слои, а также слои с твердыми включениями, наличие высоконапор- ных подземных вод как в толще проходимых пород, так и ниже днища сооружения и т. п.; б) большие нагрузки, передаваемые от на- земных конструкций, — от 10 МН и более; в) сложный характер динамического воз- действия от размещаемого технологического оборудования, трудно поддающийся расчету; г) большие габариты сооружения — с уве- личением линейных размеров сооружения на- грузки возрастают как минимум в квадратной зависимости. При строительстве в сложных условиях на первой стадии проектирования (при составле- нии проекта со сводным расчетом стоимости) строительную часть подземного сооружения проектировщики должны рассматривать сов- местно с технологами, так как иногда условия возведения сооружений диктуют целесообраз- ность изменения компоновки и размещения тех- нологического оборудования как в плане, так и по высоте. Необходимо подчеркнуть, что конструктив- ные решения оболочки колодца во многом за- висят от инженерно-геологических условий и методов производства работ, поэтому, как по- казала практика, оптимальные решения удает- ся принимать в тех случаях, когда проект кон- струкции колодца и проект производства работ выполняются одной специализированной ор- ганизацией. Следовательно, исходные данные для проектирования конструктивной части ко- лодца и для составления проекта производства работ должны быть взаимно увязаны и обла- дать достаточной полнотой. Исходные данные для составления проекта как правило, должны включать следующие материалы: техническое задание; материалы инженерно-геологических и ги- дрогеологических изысканий и данные о кли- матических условиях района строительства; технические условия на проектирование. Техническое задание на проектирование строительной части выдается по установленной форме и помимо общих данных (стадии про- ектирования, назначения и класса сооружения, габаритов и конфигурации внутренних помеще- ний) должно содержать: план площадки в масштабе 1:500 в гори- зонталях через 0,5—1 м с указанием планиро- вочных отметок (вертикальной планировки) с привязкой всех существующих на площадке объектов, подъездных путей, инженерных се- тей и точек их присоединения; технологические планы по всем перекрыти- ям с привязкой оборудования; планы размещения внутренних стен, перего- родок, технологических проемов, ниш и отвер- стий, анкерных болтов и закладных деталей; сведения о нагрузках от колонн, от пере- крытий, от оборудования . и их динамический характер воздействия на строительные конст- рукции в условиях эксплуатации, а также о нагрузках на закладные детали и на анкерные болты; данные о влажностном режиме заглублен- ных помещений. Кроме этого, необходимо иметь данные о типе фундаментов зданий, и, сооружений, попа- дающих в зону обрушения грунта у колодца, глубине их заложения, характеристиках грун- тов ниже подошвы фундаментов и о конструк- циях несущих элементов. Инженерно-геологические изыскания, необ- ходимые для проектирования колодцев, долж- ны проводиться в соответствии с требования- ми СНиП II-9-78 с учетом следующих допол-’ нительных условий: у при диаметре колодца менее 15 м в пес- чаных и глинистых грунтах число инженерно- геологических скважин должно быть не менее трех, а глубина их должна быть больше глу- бины колодца на величину его размера по на- ружному контуру, но не менее 5 м; при диаметре колодца более 15 м, а также в сложных инженерно-геологических и гидро- геологических условиях число скважин и их глубина назначаются проектной организацией по специальной программе; скважины должны располагаться в преде- лах контура проектируемого опускного колод- ца либо вблизи него на расстоянии не более 5 м от наружного контура. Для инженерно-геологической характери- стики площадки приводятся геологические раз- резы, на которых должны быть показаны на- пластования грунтов со всеми инженерно-гео- логическими элементами, мощности, слоев и их наклон, а также указано наличие крупных включений, валунов и т. и. с их качественной и количественной оценкой (размер, прочность, процентное содержание). В отчете должны быть приведены сведения о водоносных горизонтах, прогнозы максимального подъема уровня под- земных вод и данные о степени их агрессив- ности. Для сооружений, возводимых на берегах рек и озер, должна быть приведена гидроло- гическая характеристика, водоема. В случае, применения искусственного водопонижения ма- териалы изысканий должны быть представле-
'353 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек ны в объеме требований гл. 19 настоящего Справочника. В технических условиях на проектирование колодца определяются основные конструктив- ные решения, увязанные с характером произ- водства строительных работ. Решения согла- совываются с генеральным проектировщиком и со специализированной строительной организа- цией. Технические условия должны отражать: основные положения конструктивных ре- шений; очередность монтажа и опускания колод- ца по ярусам, максимальный вес и габариты сборных элементов (для сборных колодцев), условия бетонирования (для монолитных колод- цев) ; отметку дна пионерного котлована, из ко- торого намечается производить погружение колодца; порядок ликвидации временного основания; условия строительства примыкающих со- оружений и коммуникаций; способы опускания колодца (без водоот- лива, с водоотливом, с применением глубинно- го водопонижения, с подводной разработкой грунта); способ осушения строительной площадки; способы разработки и транспортирования грунта; условия для приготовления тиксотропного раствора, состав его и физические характери- стики. Кроме этого, для составления проекта про- изводства работ в технических условиях долж- ны быть указаны: существующие источники водоснабжения; места отвалов грунта (сухого и пульпы); существующие бетонные хозяйства и пред- приятия, где можно разместить заказы на из- готовление элементов сборного колодца, дру- гих изделий; существующие источники электроснабже- ния; существующие временные сооружения, ко- торые можно использовать для нужд строи- тельства опускного колодца. 15.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ Расчеты при проектировании колодцев должны производиться на нагрузки и воздей- ствия, которые определяются условиями строи- тельства и эксплуатации сооружения. Расчетные нагрузки принимаются как про- изведение нормативной нагрузки на коэффи- циент надежности по нагрузке, учитывающий возможные отклонения нагрузок в неблагопри- ятную сторону от нормативных значений и уста- навливаемый в зависимости от рассматривае- мого фактора. Нормативные нагрузки, коэффициенты на- дежности по нагрузке (табл. 15.1) и сочетания ТАБЛИЦА 15.1. КОЭФФИЦИЕНТЫ НАДЕЖНОСТИ ПО НАГРУЗКАМ НА ПЕРИОД СТРОИТЕЛЬСТВА Нагрузки и воздействия Обозначе- ние Коэффи- циент надежнос- ти по нагрузке Постоянные Вес строительных конструк- ций, Н: стен днища Основное давление грунта. % 1,1 (0,9) Па pg Дополнительное давление гпунта от наклона пластов, Па Pgi Гидростатическое давление подземных вод, Па р:г> Сила трения стен колодца по грунту при расчете на всплытие, Н Ti 1,0 Пригрузка колодца анкера- ми против всплытия, Н Qa Кратковременные Сила трения стен колодца по грунту при погружении, Н I,1 Пригрузка колодца при по- гружении, Н Qi 1,0 Сопротивление грунта под подошвой ножа при погру- женин колодца, Н Fu Дополнительное горизон- тальное давление грунта, вызываемое креном колод- ца, Па pgs 1,1 (0,9) Примечания: 1. Значения коэффициента на- дежности по нагрузке, указанные в скобках, долж- ны приниматься при расчете на погружение и всплы- тие, устойчивости на опрокидывание и скольжение, а также в других случаях, когда ухудшаются ус- ловия работы конструкций. 2. При расчете конструкций и оснований по де- формациям коэффициент надежности по нагрузке принимается равным 1. нагрузок должны приниматься в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83 и СНиП II-6-74. Для колодцев, погружаемых в обводнен- ных грунтах без водопонижения с подводной разработкой грунта, вес стен колодца, нахо- дящихся ниже уровня воды, в период погру- жения определяется с учетом взвешивающего действия воды. Гидростатическое давление подземных вод pw следует учитывать для ча- стей колодца, погружаемых ниже уровня под- земных вод в любые грунты, независимо от спо- соба погружения колодца. Расчетный уровень подземных вод. принимается по максимально высоким данным прогноза. Горизонтальное давление грунта на коло-
15.4. Методы расчетов .359 дец определяется как сумма давлений: основ- ного pg -=“• от веса грунта с горизонтальной поверхностью и с постоянной на ней нагруз- кой, с учетом влияния сил трения, действую- щих по боковой поверхности колодца, и допол- нительного — от наклона пластов pgi и воз- никающего при кренах погружаемого колод- ца pgs. Для колодцев, погружаемых ниже уровня подземных вод, значение общего горизонталь- ного давления определяется как сумма дав- лений (основного и дополнительного) грунта и гидростатического давления подземных вод, при этом основное давление грунта определя- ется с учетом взвешивающего действия воды. Удельный вес грунта у8ь с учетом взвеши- вающего действия воды определяется по фор- мулам: Tsb = (Ь~ wwY/(\ + е); j У&ъ = Уа— (1 — ^/ЮО)J где у s— удельный вес частиц грунта, который в среднем может быть принят: для песка 2,66-Ю4 Н/мэ, для супеси и суглинка 2,7-104 Н/м3, для глин 2.74Х ХЮ4 Н/м3; — удельный вес воды 104 Н/м3; е — ко- эффициент пористости; у удельный вес сухого грунта, Н/м3; п — пористость, % Значение основного давления грунта на колодец определяется как активное давление грунта на цилиндрическое ограждение: Pg “ U Кр) Ра-г> (15.4) где Кр~ коэффициент, учитывающий дополнительное давление грунта, возникающее в результате дейст- вия сил трения (определяется по рис. 15.9); Ра г = активное давление грунта на гладкое цилиндрическое ограждение: tg (л/4 — ф/2) (15.5) здесь у — удельный вес грунта; г — наружный ради- ус круглого в плане колодца или условный радиус для некруглых колодцев (рис. 15.10); ф — угол внут- реннего трения грунта, град; X = 2 tg ф tg (л/4 + ф/2); (15.6) гв = r + /itg(n/4— ф/2); (15.7) h — расстояние от поверхности грунта до рассматри- ваемого сечения; q — равномерно распределенная на- грузка, Н/м2; с — сцепление грунта, Па; /< — коэффи- циент, учитывающий уменьшение сцепления грунта в результате сдвига в призме обрушения. В зависимости от консистенции грунта значение К рекомендуется принимать: для твердой консистенции ............. » полутвердой » . . . . . » тугопласгичной ® . , . . , , » мягкопластичиой » .......... 0,22 . 0,25 . 0,29 Рис. 15.9. Зависимость коэффициента К р от h/r Формула для определения ра-т может быть представлена в виде: Ра.т = yrFi + — KcF3, где Fi, F2 и F3 — функции, зависящие от угла внут- реннего трения ф и коэффициента п (определяются по рис. 15.10—15.12). Если колодец погружается в грунт с раз- нородными напластованиями, то при расчете удобнее весь грунт, лежащий выше расчетного сечения, заменять эквивалентным слоем, при- веденным к удельному весу рассматриваемого слоя. Высота этого слоя определяется по фор- муле he = hi/y, (15.8) где Sy . Л.— полный вес лежащих выше слоев грун- та; у — уделыый вес грунта рассматриваемого слоя. Коэффициент неравномерности Ku давле- ния грунта по периметру колодца в период его погружения вычисляется по выражению Ku — (Pg + Pgi + Pgs) I Pg' (15.9) В формуле (15.9) значения pg, pgi и pgs определяются для глубины h = Hw—Нъ/51 (где Hw — проектная глубина погружения колодца; Нъ — высота ножевой части колодца или I расчетного пояса. Значение Ku для колодцев, погружаемых без тиксотропной рубашки, следует принимать не менее 1,25. Дополнительное давление грунта, вызыва- емое наклоном пластов, определяется по фор- муле Pgi = apg, (15.10) где а — коэффициент, принимаемый в зависимости от угла наклона пластов ф: ф, рад . . 0,139 0,175 0,262 0,349 0,437 0,524 а ..... . 0,02 0,06 0U5 0.25 0,37 0,50
360 Глава 15. Проектирование опускных ' колодцев и оболочек Рис. 15.10. Зависимость п от h/r и /ч от п
15.4. Методы расчетов 361 Обусловленное наклоном пластов дополни- тельное давление грунта, нагружая колодец с одной стороны, вызывает симметричный отпор грунта с противоположной стороны. Для круг- Рис. 15.13. Распределение' основного и дополнитель- ного давления грунта Рис. 15.14. К определению условного радиуса не круглых в плане колодцев £ % 5 Рис. 15.12. Зависимость F3 от п лых в плане колодцев эту нагрузку рекомен- дуется принимать изменяющейся в плане по наружному контуру по закону косинуса, т. е. pgicos|3 (рис. 15.13). Дополнительное давление грунта, вызываемое кренами колодца, можно определить по предложенным ВНИИГСом фор- мулам: для круглого колодца яг Hb ,tg ф (15.11) для прямоугольного колодца —уА1 ^с) \ п = --------—------------- — 14----- Р . Ss {а -ф b) /Д tg ф \ а ) S (15.12) где Gw—расчетное значение веса опускного колод- ца при погружении; у — коэффициент надежности погружения, обычно принимаемый равным 1,15; а и b — наибольшая и наименьшая стороны прямоуголь- ного колодца, м; Тг—расчетная сила трения грунта выше ножевой части колодца, определяемая для глу- бины h = H w—Н &через удельную силу трения грун- та t по боковой поверхности колодца из выражения t = Yc (Pg tgФ 4- Кс), (15.13) здесь т с—коэффициент условий работы, принимае- мый; 1,2 — для плотных песков с гравием или щеб- нем и 1,0—для остальных грунтов; А 1—площадь поверхности ножевой части колодца или I расчетно- го пояса. Для колодцев, имеющих очертания в пла- не, отличные от окружности, при определении удельной силы трения грунта по боковой по- верхности стен колодца в период погружения условный радиус принимается равным рассто- янию от оси колодца до наиболее удаленной точки наружной поверхности (рис. 15.14). Расчетное значение силы трения грунта по боковой поверхности стен колодца при его по- гружении определяется выражением Л- — 1 4“ \ + —(15Л4)
362 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек где и — наружный периметр колодца, м; Ц, t\, , tn— удельные силы трения, соответствующие промежут- кам деления высоты погружения колодца 1г и опре- деляемые по формуле (15.13); 1 h. =HW z=l 1 глубина погружения колодца, м; п — число промежутков де- ления Н w- При расчете колодца на всплытие сила трения грунта по боковой поверхности стен ко- лодца Т[ принимается равной половине силы Т2, определяемой формулой (15.14), т. е. (15.15) При использовании анкеров в качестве при- грузки для удержания колодца против всплы- тия их несущую способность необходимо опре- делять по результатам опытных работ и рас- четам и по предельным состояниям конструкции анкеров совместно с грунтами основания. При- грузка колодцев при их погружении применя- ется при соответствующем технико-экономиче- ском обосновании и может осуществляться гру- зами или с помощью домкратов и анкерных устройств. Сопротивление грунта под ножом при по- гружении колодца Fu определяется по формуле Fu=Ahpu, (15.16) где Д^—площадь подошвы ножа, м2; Р и~-пре- дельная нагрузка на основание, Н/м2, определяемая в зависимости от относительного заглубления ножа в грунт h/Ь (здесь 1г — глубина погружения ножа в грунт, отсчитываемая от уровня грунта в колодце; & —ширина банкетки). Для начального периода погружения при Ри — (^о 7^ Ч~ qg Со с) Ь, (15.17) где До, Во, Со — коэффициенты, являющиеся функци- ей угла внутреннего трения ф и определяемые по табл. 15.2; pg— вертикальное равномерно распреде- ленное давление грунта. расположенно~о выше бан- кетки ножа опускного колодца. Н/м-': у — удельный вес грунта, расположенного ниже банкетки опускно- го колодца, Н/м3. ТАБЛИЦА 15.2. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ До? &0> Со ф® До с0 12 1,1 3,0 9,3 14 1,4 3.6 10,4 16 1,7 4.4 11,7 13 2,3 5,3 13,2 20 3,0 6,5 15,1 22 3,8 8,0 17,2 24 4,9 9,8 19,8 26 6,8 12,3 23,2 28. 8,0 15,0 25,3 30 10,8 19.3 31,5 32 14,3 24,7 38,0 34 19,8 32,6 47,0 36 26,2. 41,5 55,7 38 37,4 54,8 70,0 40 50,1 ‘ 72,0 84,7 При погружении ножа в грунт на глубину, когда 0,5<й/5< 1,5, Pu-Anhyb\ (15.18) где Д — коэффициент, зависящий от угла внутрен- него трения грунта и относительного заглубления банкетки ножа (определяется по табл. 15.3). Расчетное сопротивление грунта под дни- щем колодца определяется в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. ТАБЛИЦА 15.3, ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА А nh Фс Anh при hlb 0,5 1,0 1,5 26 14,0 1 21,8 36,3 28 17,5 29,4 48,5 30 22,5 34,8 58,9 32 29,2 45,2 76,2 34 41,7 59,0 99,0 36 52,7 79,5 138,0 38 72,0 105,0 177,0 40 98,5 146,2 242,0 42 137,0 204,0 331,0 44 200,0 295,0 472,0 46 285,0 412,0 667,0 Нагрузки и воздействия, возникающие в условиях эксплуатации колодцев, и соответст- вующие им коэффициенты надежности по на- грузке должны приниматься по табл. 15.4. ТАБЛИЦА 15.4. КОЭФФИЦИЕНТЫ НАДЕЖНОСТИ ПО НАГРУЗКАМ НА ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ Нагрузки и воздействия Обозна- чение Коэффициент надежности по нагрузке Постоянные Вес строительных конструк- ций, Н G 1,1 (0,9) Основное давление грунта на стены колодца, Па Pg 1,1 (0,9) Дополнительное давление грунта от наклона пластов, Па Pgi 1,1 (0,9) Сила трения стен колодца по грунту при всплытии ко- лодца, Н т\ 1,0 Гидростатическое давление подземных вод, Па 1,1 (0,9) Пригрузка колодца анкера- ми против всплытия, Н ' Qa 1,0 Нагрузка от людей, стаци- онарного оборудования и т. д., Н Особые Давление грунта на коло- дец при сейсмическом воз- действии, Па: Принимается в соответст- вии с требо- ваниями главы СНиП II-6-74 для круглого колодца ^sr 1,0 » прямоугольного ко- лодца 1,0 Примечание. То же, что и к табл. 15.1. Расчетное значение основного давления грунта рё на стены колодца в глинистых грун- тах следует определять как давление грунта в состоянии покоя по формуле
15.4. Методы, расчетов (п \ 2 Vi hi + Я , (15.19) z=i / где V i h.— удельный вес и высота t-i'o слоя грунта; <7 — вертикальная равномерно распределенная на- грузка; К ft— коэффициент горизонтальной составля- ющей давления покоя: = |д/(1“-Н); (15.20) здесь ju, — коэффициент бокового давления грунта (при отсутствии данных значение ц допускается при- нимать: для суглинков 0,5; для глин 0,7). Коэффициент неравномерности давления грунта на стены колодца по его периметру в период эксплуатации определяется выражением Ku = (pg + Pgi)/Pg', (15.21) значение Ки следует принимать не менее 1,1. Давления грунта при сейсмических воздей- ствиях qSr и q8 вычисляются по формулам: для круглого колодца Язт = [1 + Ks tg (л/4 Д (р/2) cos Р] pg; (15.22) для прямоугольного колодца qs — [1 + Ks tg (л/4ф/2) ^], (15.23) где К s~ коэффициент сейсмичности, принимаемый 0,025 при 7 баллах, 0,05 при 8 баллах и 0,1 при 9 баллах; р — полярный угол (рис. 15.15). Нагрузка на стены колодца от грунта при сейсмическом воздействии может быть с лю- Рис. 15.15. Распределение давления грунта при сей- смических воздействиях а — для круглых колодцев; б — для прямоугольных колодцев бой стороны, при этом с противоположной сто- роны возникает сопротивление грунта (отпор), эпюра которого, как правило, принимается симметричной нагрузке. Расчеты конструкций колодцев и их осно- ваний должны производиться по первой (на, прочность, несущую способность) и второй (по деформациям) группам предельных состояний. Расчет производится на наиболее невыгодные сочетания нагрузок как для условий строитель- ства, так и для условий эксплуатации. Для условий строительства колодцев дол- жны выполняться следующие расчеты: по схемам, учитывающим наличие только наружных стен, прочность колодца или перво- го яруса при снятии с временного основания, погружение колодца; прочность стен на конеч- ной стадии опускания; по результатам расче- тов устанавливается необходимость устройства перегородок или распорок; по схемам, учитывающим наличие наруж- ных стен и 'днища, прочность днища, всплытие колодца, устойчивость колодца на сдвиг и опрокидывание (при разработке односторон- них выемок, если они предусматриваются в в ППР). Железобетонные конструкции колодцев рассчитываются в соответствии с требованиями СНиП 11-21-75 с учетом следующего дополни- тельного условия: минимальный процент арми- рования наружных стен круглых колодцев (го- ризонтальная рабочая арматура), сооружае- мых в один ярус, принимается на участке от банкетки до половины высоты колодца 0,1, на остальном участке высоты до верха колодца 0,05; колодцев, сооружаемых в два яруса и более: для первого яруса 0,1; для последую- щих ярусов 0,05. Расчеты для условий строительства. По- гружение колодца обеспечивается при соблю- дении условия (^ + <?)/(^ + ^)> YpZ, (15.24) где Gra, Q, Тъ Р и~ расчетные нагрузки, подсчитан- ные с коэффициентами перегрузки в соответствии С табл. 15.1. Расчет на погружение производится на наи- большую глубину. Если во время погружения стены колодца наращиваются, расчет должен производиться для каждого яруса. Колодец, погружаемый в грунты с разнородными напла- стованиями, следует рассчитывать по глубине погружения, для которой значение знаменате- ля в формуле (15.24) является максимальным. Усилия, передаваемые на опоры и обеспечи- вающие закрепление колодца против самопро- извольного погружения ниже проектной от- метки должны определяться по формуле Fs^Gw(T2-\-Fu). (15.25) Расчет наружных стен на прочность про- изводится для наибольшей (проектной) глуби- ны погружения и для каждого яруса (при по- гружении колодца ярусами).
364 Глава 15. П роектирование опускных колодцев и оболочек Стены прямоугольных колодцев рассчиты- ваются по поясам: при расчете нижнего пояса к нагрузке на этот пояс добавляется нагрузка, действующая на ножевой пояс снаружи. Рас- четные пояса назначаются через 2—3 м по вы- соте и в соответствии с конструктивными осо- бенностями (уступы стен, перекрытия, отвер- стия, проемы и пр.). Расчет стен круглого колодца также ведет- ся по поясам с учетом неравномерности дав- ления от активного давления грунта исходя из предположения возможных перекосов при его опускании. Коэффициент неравномерности давления грунта при опускании колодца Ки определяет- ся согласно выражению (15.9). Расчет нижнего пояса круглого колодца ведется аналогично расчету пояса прямоугольного колодца. Стены опускных колодцев должны рассчи- тываться на воздействие их собственного веса при установке его на фиксированные зоны опи- рания. Положение фиксированных зон опре- деляется условиями равенства опорных и про- летных моментов в стенах прямоугольных ко- лодцев. Круглые колодцы рассчитываются из условия опирания их на три фиксированные зоны. При опускании колодца с подводной раз- работкой грунта расчетные усилия (моменты и поперечные силы) увеличиваются на 15 % из-за сложности контроля за положением опор- ных зон. Расчетная нормальная сила N при расчете на разрыв в результате зависания колодцев определяется для случаев,, когда в верхней части прорезаемой колодцем толщи грунта находятся прочные породы (глинистые грунты твердой, полутвердой, тугопластичной конси- стенции или плотные пески), а в нижней ча- сти слабые (глинистые грунты текучепла- стичной или текучей консистенции). Если высота верхнего слоя при этом мень- ше половины глубины погружения, то N = VPiT3, (15.26) где Тз — расчетная сила трения стен колодца по проч- ному грунту. При высоте верхнего слоя (прочного грун- та), большей половины проектной глубины по- гружения, N = GW-T3. (15.27) Расчет опускных колодцев на разрыв вы- полняется, как правило, для колодцев с глу- биной опускания более 15 м. Нож опускного колодца рассчитывается как консоль (рис. 15.16) относительно линии С—С для двух, расчетных случаев (расчет ве- дется на 1 м контура ножа). 1. Для момента начала опускания, когда с наружной стороны грунта нет, а с внутренней стороны нож испытывает давление грунта на всю скошенную грань, давление грунта на бан- кетку р определяется выражением Р = + 0 ,5й'), . (15.28) где q !V — нагрузка на 1 м контура ножа от веса ко- лодца; h — ширина банкетки, м; Ь' =1 cig — проекция скошенной грани ножа на горизонтальную плоскость, м (здесь / — высота ножа, м; а—угол наклона ско- шенной грани ножа к горизонту, град). Рис. 15.16. Расчетные схемы ножевой части колодца а — начало погружения; б — окончание погружения Расчетные величины сил от давления грун- та (на банкетку) F, вертикальной составляю- щей силы и горизонтальной составляющей Fh (на скошенную грань ножа) определяется по формулам; F — pb; (15.29) Г0 = рУ/3; (15.30) FA==Fytg(a-(p). (15.31) /Моменты внешних сил относительно центра О расчетного сечения С—С вычисляются по выражениям: MF= F (Ьс__с — Ъ)/2-, (15.32) ! b 2 \ МР —F / etg а ; (15.33) % 2 3 / MFh = 2Fh 1/3. (15.34) Сечение С—С рассчитывается на внецент- ренное сжатие под действием суммарного мо- мента внешних сил F, Fv, Fh и нормальной си- лы qw. 2. Для момента, когда колодец опущен на проектную отметку и грунт под ножом выбран, нож рассчитывается на действие момента от активного давления грунта: Мр = Oj /2/3 -ф- а2 Z2/2, (15.35) где czi — ордината треугрольной части эпюры давле- ния грунта; а2 — ордината прямоугольной части эпю- ры давления. Расчетное значение поперечной силы оп- ределяется формулой а — I (а2 ~г 01/2)- О'-1'' ®)
15.4. Методы расчетов 365 Прочность железобетонного днища для схемы с шарнирным опиранием по контуру на стены колодца рассчитывается на следую- щие нагрузки: на отпор грунта под днищем колодца Rg, если постоянные вертикальные нагрузки колод- ца больше сил всплытия, и на гидростатиче- ское давление подземных вод pw, при этом Rg = ZG-pw, (15.37) где 3G— сумма всех постоянных вертикальных на- грузок на колодец (с учетом сил трения); эпюра отпора грунта определяется по законам линейно-деформируемого полупространства; на гидростатическое давление подземных вод pw, если постоянные вертикальные нагруз- ки колодца меньше сил всплытия. Расчет прочности днища колодца без внут- ренних стен и колонн на нагрузку от отпора грунта производится как пластины, лежащей на упругом основании; днища колодца без внутренних стен и колонн на нагрузку от гидро- статического давления подземных вод — как пластины с шарнирными опорами, нагружен- ной равномерно распределенной нагрузкой. На всплытие рассчитывают колодцы, по- гружаемые ниже горизонта подземных вод, для любых грунтов, за исключением тех слу- чаев, когда под днищем предусматривается уст- ройство постоянно действующего дренажа. При заглублении колодца в водоупорный слой следует проверять расчетом возможность про- рыва напорными водами водоупорного слоя. Расчет колодца на всплытие следует произво- дить на расчетные нагрузки по формуле SG + STf, Aw Hw Уш Yems (15.38) где SG — сумма всех постоянных расчетных нагру- зок с учетом нагрузки с соответствующими коэффи- циентами перегрузок: ST,—сумма усилий трения при расчете на всплытие; Л ш —площадь основания колодца; Н — расчетное превышение уровня под- земных вод над основанием днища колодца; у рт— коэффициент надежности от всплытия, принимаемый равным 1,2. Устройство анкерных конструкций против всплытия колодца должно предусматриваться в том случае, если SG + STj Aw Hw yw "С Tew (15.39) При разработке односторонних выемок вблизи колодцев следует производить повероч- ный расчет прочности наружных стен. Расчет на сдвиг по подошве и на опроки- дывание, а также расчет общей устойчивости сооружения вместе с основанием при разработ- ке односторонних выемок вблизи колодца сле- дует производить в соответствии с требования- ми СНиП 2.02.01-83. Расчеты для условий эксплуатации. Для этих условий должны выполняться следующие расчеты: прочности наружных и внутренних стен, колонн, днища и перекрытий; на всплытие колодца; на сдвиг по подошве, на опрокидывание и на общую устойчивость сооружения вместе с основанием — при больших односторонних на- грузках. Стены колодца в местах опирания балок перекрытий рассчитываются на местное дейст- вие нагрузки, при этом необходимо учитывать концентрацию усилий у проемов. Стены, дни- ще и перекрытия следует рассчитывать на до- полнительные нагрузки, возникающие в период эксплуатации, — подъем уровня подземных вод, засыпка грунта до планировочных отме- ток, строительство зданий и сооружений, раз- мещение оборудования вблизи колодца и т. д. Если в колодцах внутренние отсеки по тех- нологии эксплуатации заполняются водой, то при расчете ограждающих конструкций этих отсеков должна учитываться дополнительная гидростатическая нагрузка. Прочность и устойчивость элементов конст- рукций колодца, а также колодца в целом должны быть обеспечены при всех реально возможных условиях эксплуатации. Расчет колодца на всплытие в условиях эксплуатации следует производить на расчет- ные нагрузки по формуле SG + Л + Q /4^1 7/w Уш Тети” (15.40) При больших односторонних горизонталь- ных нагрузках (при расположении колодцев на косогоре, например для насосных станций берегового типа) колодцы рассчитываются на сдвиг по подошве и на опрокидывание, а так- же проверяются на устойчивость по круглоци- линдрическим и другим поверхностям сколь- жения в соответствии с гл. 14 настоящего Справочника. Железобетонные элементы конструкций опускных колодцев рассчитываются, в соответ- ствии с требованиями СНиП П-21-75, с учетом следующих дополнительных условий: раскрытие трещин в наружных железобе- тонных стенах в период эксплуатации колод- цев допускается не более 0,2 мм; расчеты на температурно-влажностные воз- действия производятся в том случае, если наи- больший размер в плане прямоугольного ко- лодца или диаметр круглого колодца более 60 м, либо при резком неравномерном распре- делении температуры или влажности по сече- нию элементов, либо при периодическом воз-
366 Глава 15. П роектирооан.иё опускных колодцев и оболочек действии интенсивных технологических тепло- выделений; ' при обоснованном применении металличе- ской гидроизоляции она должна учитываться как рабочая арматура. 15.5. ПРОЕКТ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ Производство работ по изготовлению ко- лодцев должно удовлетворять требованиям строительных норм и правил и осуществляться по специальному проекту производства работ (ППР). Проектирование работ по изготовлению и опусканию колодцев должно выполняться с учетом природных условий и обеспечивать наи- более экономичные методы производства работ, максимальную индустриализацию строительства с применением высокопроизводительных машин и механизмов, экономию металла, цемента, леса и других строительных материалов. Ис- ходные данные для разработки проектной до- кументации, изложенные в п. 15.3, должны об- ладать достаточной полнотой для составления проекта производства работ. При составлении стройгенплана необходи- мо предусмотреть размещением всех объектов материально-технической базы строительного участка: контора; арматурная мастерская; ме- ханическая мастерская; опалубочная мастер- ская; растворосмесительный узел; склад леса; склад цемента; склад песка и крупного запол- нителя; склад арматуры; материальный склад; подъездные дороги, доведенные до постоян- ных, или до общестроптельных дорог; пути ба- шенных кранов; линии водоснабжения и элект- роснабжения; трансформаторная подстанция; санузел. Этот перечень должны уточнять на основе принятой схемы опускания колодца, а также в связи с учетом максимальных возможностей удовлетворения потребностей строительства опускного колодца с помощью общестроитель- ной базы. Выбор необходимых механизмов следует увязывать с наличным парком машин и меха- низмов (или возможностью приобретения та- ковых), которыми располагает подрядная строительная организация. Вопросы по организации строительства опускного колодца должны решаться в комп- лексе всего строящегося промышленного объ- екта. Ниже приводится описание основных ви- дов работ с необходимыми обоснованиями и расчетами вспомогательных мероприятий и устройств, которые должны найти отражение при составлении проекта производства работ на строительство опускных колодцев. Устройство временного основания под но- жом опускного колодца. Временное основание может быть запроектировано в виде грунтовых Рис. 15.17. Типы временных оснований при сооруже- нии колодца а — в траншее при asg(0; б—-то же, при ср>и>®; в— то же, при а>0 и со ср; г и д — на поверхности зем- ли; 1 — доски опалубки; 2 — грунтовая призма; 3 — щиты опалубки; 4 — дощатый настал; 5 — щебеночная (или гравийная) призма; 6—швзллер; 7 — щебеноч- ная (или песчано-гравийная) призма; 8—деревянные сваи; 9 — щебеночная (гравийная или песчаная) приз- ма; I, II — очереди отсыпки грунта Рис. 15.18. Временное основание под ножом колодца на подкладках или щебеночных призм (рис. 15.17) и попереч- ных деревянных подкладок (рис. 15.18). Грунтовые призмы устраиваются из пес- чаных и гравелистых грунтов двумя способа- ми: в траншее — при ®>сс (где 0 — угол от- коса с соответствующим коэффициентом запа- са; а — угол наклона грани ножа) выполняет- ся, как показано на рис. 15.17, а; при ©<а — как показано на рис. 15.17, б и гц
15.5.. Проект npotoeoJcTGp р^бот на поверхности земли, как показано на рис. 15.17, г и д, на насыпной призме из грунта или Щебенки. При устройстве призм из насыпных грун- тов последние необходимо послойно уплотнять. Поперечные деревянные подкладки разме- щают по периметру ножа опускного колодца на предварительно выполненную песчаную по- душку (см. рис. 15.18). Подкладки заглубля- ют в подушку не менее чем на половину их толщины. Толщину песчаной подушки выбира- ют в зависимости от нормативного сопротив- ления грунта, но не менее 40 см, в соответствии со СНиП 2.02.01-83. Подкладки могут быть выполнены из окан- тованных бревен или брусьев. Длина подкла- док, м, принимается в зависимости от толщины стен опускного колодца и должна быть: ls > bw + (0,54-1,0), (15.41) где I — длина подкладок; bw — толщина стен опуск- ного колодца. Площадь опирания подкладок на 1 м пе- риметра стены колодца определяется по фор- муле As = qwR, (15.42) где R — расчетное сопротивление грунта основания, Па: q w — вес 1 м периметра стены колодца (первого яруса бетонирования), Н, Перед началом опускания колодца под- кладки удаляются со всей площади банкетки, исключая фиксированные зоны опирания, где они удаляются в последнюю очередь. Размеры и места расположения зон опирания должны быть указаны в проекте. Опалубочные и арматурные работы. В ка- честве опалубки для сооружения опускных ко- лодцев при составлении ППР могут принимать- ся: разборно-переставная щитовая опалубка; железобетонные тонкостенные плиты-обо- лочки, оставляемые в конструкции колодца; металлическая опалубка, оставляемая в конструкции стен и вспоследствии служащая гидроизоляцией (применяется при обосновании применения металлической гидроизоляции); стационарная деревянная опалубка (при- меняется в исключительных случаях). Плиты-оболочки, выполняющие роль опа- лубки и входящие в состав конструкции опуск- ного колодца, должны удовлетворять требо- ваниям, предъявляемым к бетону стен колод- ца в отношении прочности, водопроницаемости и морозостойкости. При использовании в качестве опалубки металлической гидроизоляции железобетонных плит-оболочек должно быть обеспечено надеж- ное сцепление элементов опалубки с монолит- ной частью стен опускного колодца; элементы опалубки должны обладать прочностью и устойчивостью, достаточными для восприятия усилий, передающихся на опалубку. Распалубливание нижнего (опорного) яру- са стен следует осуществлять не ранее приоб- ретения бетоном 70 %-ной проектной прочно- сти. Для лучшего отделения элементов опалубки от поверхности бетона поверхность опалубки, прилегающую к бетону, до бетонирования сма- зывают техническими маслами или известко- вым (меловым) молоком. Для достижения лучших показателей по водонепроницаемости и морозостойкости в по- верхностном слое бетона стен опускного ко- лодца можно рекомендовать применение водо- поглощающей опалубки. В таких случаях по- верхность опалубки, прилегающую к уклады- ваемому бетону, покрывают слоем пористого непроклеенного картона толщиной 4—6 мм’. Арматура конструкций железобетонных опускных колодцев должна изготовляться и монтироваться в соответствии с чертежами со- гласно требованиям соответствующих глав СНиП. Как правило, арматура готовится в виде укрупненных элементов: армокаркасов,! армо- сеток или армоблоков. Габариты и вес укруп- ненных арматурных элементов определяются возможностями имеющихся транспортных средств и подъемно-транспортного оборудова- ния. Бетонирование. Для приготовления бетон- ной смеси следует применять цементы, отвечаю- щие требованиям соответствующих ГОСТов н СНиП на цементы и неорганические добавки для бетонов и растворов. Применение цемен- тов специального назначения (сульфатостой- ких, расширяющихся и т. д.) должно быть об- основано в проекте. Мелкий и крупный запол- нитель для приготовления бетонной смеси дол- жен также удовлетворять требованиям соот- ветствующих СНиП и ГОСТов. Условия и порядок применения различных добавок (гидравлических, пластификаторов, за- полнителей, ускорителей или замедлителей схватывания) устанавливаются проектом про- изводства работ или (при отсутствии этих ука- заний в проекте) строительной лабораторией и утверждаются техническим руководством строительства. Бетонирование стен опускных колодцев в зависимости от размеров может выполняться как отдельными блоками, так и последователь- но по всему периметру опускного колодца. В обоих случаях бетонирование должно произво-. диться слоями толщиной 25—50 см, но не бо--
368 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек лее чем 1,25 длины рабочей части вибратора. Толщина слоев должна также выбираться в за- висимости от интенсивности бетонирования. При бетонировании опускных колодцев от- дельными блоками бетон в замыкающие блоки следует укладывать только после усадки и ох- лаждения соединяемых блоков. Укладка бетона в стены колодца может производиться следующими способами: при толщине стен опускных колодцев до 0,5 м бетон подают на площадки лесов и затем по лоткам —- к месту укладки; в этом случае одна из сторон опалубки наращивается по ме- ре бетонирования; высота наращивания опа- лубки не должна быть более 2 м; при толщине стен 0,5—1,2 м и высоте бе- тонирования более 3 м бетон подают через ме- таллические звеньевые хоботы, устанавливае- мые через 3 м по периметру колодца; оттяги- вание нижних звеньев хоботов в сторону раз- решается не более чем на 0,25 м на каждый 1 м высоты с оставлением при этом двух ниж- них звеньев вертикальными; при толщине стен более 1,2 и малой насы- щенности конструкции арматурой разгрузку бадей можно производить непосредственно у места укладки. Замерзание бетона при бетонировании в зимних условиях допускается: ножевой части (первого яруса) — не ра- нее достижения бетоном полной проектной прочности; последующих ярусов — не ранее достиже- ния бетоном 70 %-ной проектной прочности. Устройство гидроизоляции. Тип гидроизо- ляции опускных колодцев выбирается в зави- симости от эксплуатационных требований, предъявляемых к подземному помещению в отношении влажности стен, и градиента lw (напор подземных вод, деленный на толщину конструкции). Гидроизоляция стен, кроме металлической, должна выполняться до начала опускания ко- лодца по наружной поверхности стен. Металлическая гидроизоляция стен, как правило, выполняется с внутренней стороны стен опускного колодца; при бетонировании она служит опалубкой и крепится к арматур- ным конструкциям стен с помощью анкеров. Металлическая гидроизоляция днища устраи- вается после полного погружения колодца и бетонирования днища, при этом в днище долж- ны быть забетонированы закладные части для крепления листов металлической гидроизоля- ции. Листы гидроизоляции днища крепятся к закладным частям на сварке. После монтажа металлической гидроизоляции днища через спе- циально оставленные трубки в пространство между листами гидроизоляции и бетонной кон- струкцией днища нагнетается цементно-песча- ный раствор состава 1:1 (соотношение цемента и песка по весу) под давлением, указанным в проекте. По окончании этой работы трубки срезаются, а отверстия в гидроизоляции зава- риваются с помощью металлических накладок. При нагнетании цементно-песчаного раствора часть трубок служит для выпуска воздуха и наблюдения за распространением раствора. Торкрет-гидроизоляция опускных колодцев или гидроизоляция из пневмобетона выполня- ется слоями. Для тор крет-изоляции рекоменду- ется применять сухую смесь состава 1:4,4. Цемент для торкретирования или пневмо- бетонирования должен быть того же сорта, что и для основных железобетонных конструкций колодца, но не ниже марки М 400. Для нане- сения гидроизоляции из пневмобетона рекомен- дуется применять раствор состава 1 : 2 или 1 : 2,5 при водоцементном отношении более 0,5. Для лучшей водонепроницаемости торкрет- гидроизоляции и гидроизоляции из пневмобе- тона рекомендуется при приготовлении раство- ров применять гидрофобизующие кремнийорга- нические добавки ГКЖ-Ю или ГКЖ-94 в количествах, установленных лабораторией в соответствии с требованиями проекта. Перед нанесением торкрета или пневмобе- тона поверхности должны быть очищены от грязи, масляных пятен и краски металлически- ми щетками или обработкой пескоструйным ап- паратом, раковины в бетоне расчищены, участ- ки слабого бетона и наплывы цементного молока срублены отбойными молотками. Об- работанные поверхности перед нанесением тор- крета или пневмобетона должны быть промы- ты струей воды под давлением 0,15—0,2 МПа. Первый слой гидроизоляции, выполняемый методом торкретирования или пневмобетониро- вания, наносят по захватным полосам шири- ной 1,5—2 м, последующие слои — полосами той же ширины с перекрытием швов на поло- вину ширины полосы (рис. 15.19). Второй и последующие слои торкрета или пневмобетона следует наносить через сроки, определяемые опытным путем, исходя из условия, чтобы под действием струи свежей смеси не разрушался ранее уложенный слой, но не более срока, при котором обспечивается хорошее сцепление меж- ду слоями. Материалы для гидроизоляции стен и дни- ща с применением битумов должны удовлетво- рять требованиям действующих стандартов и технических условий. Битумные мастики и об- мазки при использовании в зимнее время долж- ны иметь температуру не менее 180 °C, в лет- нее время года — не менее 160 °C.
15.5. Проект производства работ 369 Рулонную гидроизоляцию следует уклады- вать полосами снизу вверх, причем продоль- ные швы выполняются внахлестку на 10 см, а поперечные — на 20 см с тщательной промаз- кой мастикой. Продольные швы последующего слоя должны сдвигаться по отношению к швам Рис. 15.19. Гидроизоляция стен опускного колодца торкретированием а — схемы торкретирования стен опускного колодца; о—схема работ по нанесению битума на торкрет; в—порядок нанесения слоев торкрета; 1—инвентар- ные металлические леса; 2 — шланги; 3 — бак для воды; 4—возду.хоочиститель; 5 — цемент-пушка; 6 — компрессор; 7 — бак для битумно-бензиновой эмуль- сии; 8 — степа опускного колодца; 9 — первый слой торкрета; 10 — второй слой торкрета; // — битумный слой предыдущего слоя на половину ширины наклеи- ваемого полотнища Опускание колодцев. Колодцы опускают в грунт по одной из следующих схем: насухо, с открытым водоотливом при раз- работке грунта в забое, с водопонижением уровня подземных вод (рис. 15.20); с выемкой грунта из-под воды (рис. 15.21). При опускании колодцев по первой схеме для разработки и выемки грунта используют экскаваторы, оборудованные прямой или об- ратной лопатой (иногда грейфером), бульдозе- ры и краны с бадьями либо средства гидроме- ханизации (см. рис. 15.20). Выбор необходимого оборудования определяется габаритами колод- ца и инженерно-геологическими и гидрогеоло- гическими условиями площадки. Применение средств гидромеханизации (гидромониторов, землесосов, гидроэлеваторов) целесообразно при легкоразмываемых грунтах — песках, су- песях, легких суглинках. При работе по первой схеме для обеспече- ния производительной разработки водонасы- щенных грунтов большое значение имеет пра- вильный выбор способа их осушения. В устой- чивых грунтах с относительно малыми коэффициентами фильтрации (/?<1 м/сут) и слабой водоотдачей рационален открытый во- доотлив, осуществляемый путем откачки воды насосами из водосборных пионерных траншей и приямков (зумпфов) внутри колодца. В слу- чаях, когда большие притоки воды в колодец затрудняют выполнение работ с открытым во- доотливом или когда необводненные грунты неустойчивы и не исключены наплывы грунта из-под ножа внутрь колодца, опускать коло- дец следует с применением опережающего глу- бинного водопонижения. Применение средств водопонижения (сква- жин, иглофильтровых установок) непосредст- венно в забое внутри колодца затрудняет ве- дение работ по разработке грунта и может быть рекомендовано только в качестве вспомо- гательных' средств для проходки отдельных маломощных прослоек неустойчивых грунтов, не поддающихся осушению обшей системой водопонижения, располагаемой, как правило, за внешним контуром. Разрабатывать грунт в колодце насухо рекомендуется по следующим схемам: бульдозерами с последующим транспорти- рованием грунта на поверхность башенными или гусеничными кранами в бадьях (с погруз- кой экскаваторами) или кранами, оборудован- ными грейфером; экскаваторами, оборудованными прямой или обратной лопатой, с выдачей грунта на поверхность гусеничными или башенными кра- нами в бадьях. Во всех случаях разработка грунта выпол- няется равномерно по всей площади колодца с оставлением расчетных зон опирания. Зоны опирания разрабатываются бульдозерами, обо- рудованными специальным уширителем. При работе механизмов, с дизельными двигателями в колодце необходимо устраивать вентиляцию. При работе с башенными кранами исправность состояния подкрановых путей должна прове- ряться после каждой «посадки» колодца, но не реже чем 1 раз в сутки. Опускание колодца с разработкой грунта средствами гидромеханизации производится по следующим схемам:
Глава (5, Проектирование опускных колодцев и оболочек разработка грунта гидромониторами с тран- спортированием пульпы гидроэлеваторами; разработка грунта гидромониторами с тран- спортированием пульпы землесосами. Применение гидроэлеваторов целесообраз- но при глубине погружения до 15 м. Разработка грунта производится от приям- ка под всасом с постоянным перемещением струи гидромонитора к ножу колодца, где оставляют расчетные зежы опирания. Глубина разработки грунта на одну «посадку» не должна превышать 0,5 м. Пульпа от забоя до приямка транспортируется самотеком, уклоны русла потока пульпы в зависимости от грунта составляют 2—8 %. При опускании колодца в водонасыщенных грунтах по второй схеме (см. рис. 15.21) раз- работку грунта осуществляют преимуществен- но экскаваторами, оборудованными грейфером. Эту схему применяют при нецелесообразности откачки воды из колодца вследствие большого притока подземных вод или из-за наличия не- устойчивых грунтов, грозящих наплывами из- под ножа. Рис. 15.20. Основные схемы опускания колодцев на- сухо а — выемка грунта с помощью экскаватора, бульдо- зера и крана; б — выемка грунта с помощью средств гидромеханизации; 1 — подводящая труба подмывных устройств; 2 — перфорированная труба; 3— пульпо- провод; 4 — гидроэлеватор; 5—гидромонитор; 6 — напорный водовод; 7 — подмывные устройства Рис. 15.21. Схема опускания колодца с выемкой грунта из-под воды Подводную разработку грунта грейфером не следует применять в грунтах, в которых стенка котлованов у ножа трудно обрушается. К таким грунтам относятся связные грунты и галечники. Разработка грунта грейфером из-под воды производится равномерно по всей площади ко- лодца — от центра колодца к его краям, при этом поверхность забоя должна иметь уклон от ножа к центру, чтобы грунт под воздейст- вием веса колодца равномерно по контуру вы- давливался. под банкеткой ножа. Для правильного опускания колодца не- обходим непрерывный инструментальный конт- роль за его положением. ‘Опускание колодцев в скальных грунтах производится с рыхлением пород буровзрыв- ным способом. Рыхление осуществляют по всей площади колодца на глубину предполагаемой «посадки» с погрузкой грунта экскаватором в бадьи и выдачей на поверхность кранами. Раз- работку скального грунта нужно выполнять не только в пределах контура, но и за контуром наружных граней ножа, образуя пазухи шири- ной не менее 10 см. Для посадки колодца па- зухи под банкеткой ножа подбиваются грун- том. В зонах опирания породы рыхлят путем одновременного взрыва во всех зонах. Устройство днища. В зависимости от спо- соба опускания колодцев днище может быть выполнено как в виде одной железобетонной плиты (при опускании по первой схеме), так и в виде конструкции, состоящей из • железо-
15.5. Проект производства работ 371 Рис. 15.22. Откачивание воды из,-приямков в основа- нии колодца 1 — перфорированная часть патрубка; 2 — приямок; 3— дренажный слой; 4 — арматура плиты днища; 5 — реборды; 6 — закладной патрубок; 7 — гидроизо- ляция; 8—фланец; 9— заглушки; 10 — резиновая прокладка бетонной плиты и бетонной подушки (бетони- руемой подводным способом) или дренажной пригрузки (по второй схеме). В колодцах, опущенных насухо или с при- менением водопонижения и открытого водоот- лива, днища бетонируют в зависимости от раз- меров отдельными блоками или одним блоком с соблюдением непрерывности укладки бетона каждого блока. Первыми бетонируют блоки (или слои), расположенные у ножа колодца. При устройстве дренажного слоя перед бе- тонированием должны быть предусмотрены специальные приямки, оборудованные метал- лическими перфорированными патрубками для откачки воды (рис. 15.22). Воду откачивают из дренажного слоя под днищем в течение всего периода работ по уст- ройству днища и далее до достижения бето- ном проектной прочности, после чего отверстия патрубков тампонируют, закрывают заглушкой и заделывают бетоном. Иногда по окончании бетонирования днища на время твердения бе- тона опускной колодец заполняют водой до отметки уровня подземных вод. При второй схеме опускания колодца для устройства бетонной подушки пользуются ме- тодом восходящего раствора (ВР) или мето- дом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). При бетонировании подушки методом ВР цементный раствор подают по трубам диамет- ром 50—200 мм в предварительно засыпанный на дно колодца крупный заполнитель. Трубы закрепляют в постоянном положении до окон- чания бетонирования. Максимальный радиус распространения цементного раствора от каж- дой трубы составляет 2,5 м (рис. 15.23, а). При бетонировании подушки методом ВПТ бетон- ную смесь подают по трубам диаметром 200— 300 мм. По мере бетонирования трубу, запол- ненную на всю высоту бетонной смесью, посте- пенно поднимают. Бетонная смесь для этого Рис. 15.23. Подводное бетонирование подушки ко- лодца а — методом восходящего раствора ВР; б — методом вертикально перемещающейся трубы: 1 — трубы для подачи раствора; 2—смесительная установка; 3 — крепление трубы к рабочей площадке; 4 — рабочая площадка; 5 — гравийная подушка толщиной 15™ 30 см; 6 — уровень верха бетонной подушки применяется от сильнопластичной до плотной, чтобы она могла выходить из трубы под дей- ствием собственного веса. Радиус распростра- нения бетонной смеси от трубы составляет 4,5 м (рис. 15.23, б). Осушение колодца про- изводится после окончания твердения бетона подушки. Устройство железобетонной плиты днища по второй схеме опускания осуществляется на- сухо после откачки воды из колодца (рис. 15,24),
372 Глава 15. Проектирование опускных колодцев и оболочек Рис. 15.24. Бетонирование днища /—33 — слои бетонирования; / — гидроизоляция:II— бетонная подготовка; III — дренажный слой Сооружение колодцев из сборных железо- бетонных элементов. Опускание сборных опуск- ных колодцев, как правило, должно произво- диться в тиксотропной рубашке, толщина стен колодца при этом назначается из условий проч- ности. Монтаж сборных элементов стен опуск- ного колодца производится с использованием специальных кондукторов. Замоноличивание стыков сборных элемен- тов разрешается начинать после установки 75 % панелей стен. При этом необходимо со- блюдать правильность монтажа сборных эле- ментов в кондукторе согласно ранее выпол- ненной разметке для всех сборных элементов монтируемого яруса колодца. Соответствие формы колодца проекту, а также вертикальность стен перед началом опу- скания оформляются актом комиссии на скры- тые работы. Погружение опускных колодцев способом задавливания. Сущность строительства опуск- ных колодцев способом задавливания заключа- ется в задавливании в грунт системой гидро- домкратов оболочки колодца, наращиваемой ярусами, высотой, кратной величине хода што- ков гидродомкратов, по мере разработки и вы- дачи грунта. Погружение опускного колодца производится при обязательном опережении режущей кромки ножа поверхности забоя. Этот способ может применяться при нара- щивании стен как сборными железобетонными или чугунными элементами, так и монолитным железобетоном. Данный способ применим в различных грунтах, кроме скальных и полу- скальных, а также пород с включением валу- нов диаметром более 0,2 м. Работы выполняются в следующем по- рядке. Перед началом работ по погружению опускного колодца изготовляют опорную кон- струкцию, например в виде круговой контрфор- сной подпорной стенки (рис. 15.25), заглуб- ленной в грунт. Опорную конструкцию обору- дуют устройством для задавливания (на Рис. 15.25. Технологическая схема погружения колод- ца способом задавливания 1 — опорный воротник; 2 — двухконсольная балка; 3 — гидроцилиндры; 4— полок; 5 — крепь ствола; б — ножевая часть рисунке показана двухконсольная балка с ги- дродомкратами). Внутри опорной конструкции монтируют ножевую часть, а затем стены ко- лодца в сборном или монолитном варианте до уровня убранных штоков гидродомкратов и начинают цикличное задавливание колодца по мере наращивания стен и выдачи грунта. Такая технология погружения колодцев по- зволяет вести строительство опускных соору- жений практически без отклонения от вертика- ли и может быть использована для возведения шахтных стволов, насосных станций, берего- вых водозаборов, опор мостов и других объ- ектов. В качестве анкерующих устройств можно рекомендовать применение анкеров в грунте. Опускной колодец рассчитывается на по- гружение с учетом врезания ножа в забой: в песках — на 1,5 м; в супесях и суглинках — на 0,75 м; в глинах — на 0,5 м; в неустойчи- вых обводненных грунтах (плывунах) — не менее чем на 2 м. Проверку прочности и трещиностойкости колодца следует производить для случаев ис- правления кренов колодца, когда вся домкрат- ная нагрузка сосредоточена на ’/3 окружности торца оболочки. Число домкратов назначается р зависимо-
15.7. Примеры, расчета 373 сти от грузоподъемности и диаметра погружа- емого колодца. При погружении колодцев диа- метром 3—6 м принимается 3—4 домкрата, при диаметре 6—10. м — 4—6 домкратов, при погружении опускных колодцев больших диа- метров следует предусматривать установку домкратов не реже чем черёз 6—7 м окруж- ности торца. 15.6. ОСНОВНЫЕ МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ СООРУЖЕНИИ И ОПУСКАНИИ КОЛОДЦЕВ (ТАБЛ. 15.5—15.7) ТАБЛИЦА 15.7. ВИБРАТОРЫ ДЛЯ УПЛОТНЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ Марка вибратора Мощность электродви- гателя, кВт Напряжение, В Частота ко- лебаний , мин 1 Возмущаю- щая сила, кН Ресурс до списания, ч Масса, кг ИВ-99 0,25 36, 200, 380 3000 4 1600 14 ИВ-98 0,55 36, 200, 380 3000 10 1300 24 ИВ-76 0,6 220 6000 7 550 13 ИВ-22 0,8 220. 380 3000 16 1400 51 ИВ-24 1,2 220, 380 3000 30 1400 80 ТАБЛИЦА 15.5, ГРУНТОВЫЕ НАСОСЫ ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ АБРАЗИВНЫХ ГИДРОСМЕСЕЙ С рН=6-?-8, ПЛОТНОСТЬЮ ДО 1300 кг/м3 И ТЕМПЕРАТУРОЙ ДО 70’С Наименование Марка на- соса Подача, м3/ч Напор, м Мощность электродви- гателя, кВт Частота вра- щения, мин 1 КПД, % Наработка на отказ, ч Ресурс до первого ка- питального ремонта, ч Габариты, мм Масса, кг Агрегат электрона- сосный из чугуна 14Х28Н2 на плите с электродвигателем АО-2-71-4 ГрУ-160/16 (5ГрУЛ-12) 160 16 22 1500 .62 1700 3900 1650X615X785 613 То же, с электродви- гателем АО-2-91-6 ГрУ-400/20 (8ГрУЛ-12) 400 20 55 1000 64 1700 3900 2320 X 895X1040 1360 То же, из стали 55Л-1 на плите с электро- двигателем АК113-8 ГрУ-800/40 (10ГрУЛ-12) 800 40 200 725 65 1700 3900 3180X1183X1040 4325 То же, с электродви- J ГрТ100/40 1 ГрТ160/31,5 100 40 40 1500 55 1700 3900 1775X715X770 800 гателем АО-2-81-4 160 31,5 40 1500 66 1700 3900 1840X730X770 913 То же, с торцевым уплотнением на пли- те с электродвигате- лем 4А250М-4 ГрТ160/71а-Б 160 63 90 1500 57 1700 3900 2180 X 820 X 880 1523 ТАБЛИЦА 15.6. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ГУСЕНИЧНЫХ КРАНОВ В ЦИКЛАХ ЗА СМЕНУ ' Вид работ Производительность крана Э-652 Э-1252 Подача бетона в бадьях вместимостью 1—1,6 м3 . . Подъем грунта в бадьях вместимостью 2—2,5 м3 . . Установка щитовой опалуб- ки, плит-оболочек, армосе- ток и армокаркасов . . . 82 96—119 27 79 94—117 27 15.7. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА Пример 15.1. Рассчитать колодец внутренним ра- диусом гГ|у=8 м, глубиной Hw =Э,7 м на нагрузки и воздействия, возникающие в условен: строительства. Колодец погружается без тиксотропной рубашки с применением водопонижения. Геологический разрез и физико-механические ха- рактеристики грунтов приведены на рис. 15.26. Решение. Предварительное значение осредненной по высоте толщины стенки колодца bw—l м. На- ружный радиус колодца r=rw + b щ=8+1=9 м. Опре- деляем для каждого слоя грунта приведенные высо- ты лежащих выше слоев грунта: Н /у = 19-1,96/18,5 — 2 м;. 1112' й’= У2 (Я^ + 18.5 (3,55 + 2)/19 = 5,4 и; Л3 V3 ( + )/V4 19 <0’8 + 5-4)/1Я =6'2 м- Для вычисления основного давления грунта р.о [(см, формулы (15.4) и (15.5)] по рис. 15.9—15.12 оп- ределяем коэффициенты Кр и п, а также функции Fi, F2 и Л3. Полученные значения р g наносим на рис. 15.27, а. 1. На поверхности земли +=0 м; у( = 19 кН/м3; Ф1=17°; +/r=0/9==0; n=l,0; Ki=0; +=0,55; Кр=0,2: pgo = (1 + 0,2) (0 + 20-0,55) = 1,3 кПа. 2. На отметке 1,96 для лежащего выше грунта + = 1,96 м; 71=19 кН/м3; q>i = 17°; hi]r= 1,96/9=0,22; п = = 0.87; +=0,11; +=0,49; Кр -0,2: pgl = (1 +0,2) (19-9-0,11 + 20-0,49)= 34 кПа. На отметке 1,96 для лежащего ниже грунта й / = =2 м; 72=18,5 кН/м3; q>2=25°; i Лрг=2/9=0,22; гг = 0,88; + =0,075; + = 0,34; Кр =0,28: р' = (1 + 0,28) (18,5.9-0,075 + 20-0,34) = 25 кПа. 3. На отметке 5,51 для лежащего выше грунта += H:+h | = 3,55 + 2=5,55 м; 72=18,5 кН/’м’; <р-=55’; ++=5,55/9 = 0,62; л~0,72; + = 0,19; +=0,26; Кр =0,26
374 Глава 1b. Проектирование опускных колодцев и оболочек pg2 = (1 + 0,26) (18,5-9.0,19 +20-0,26) 46 кПа. На отметке 5,51 для мжащегй явзке грунта h = 5,4 м; ?з=19 кН/м3; <р3=10°; К+-15 кИа;/г'/г=5,4/9= =0,6; «=0,67; Л=0,375; Л=В,59; Fa*«,3; Кр-0,15: Pg2==(l + 0,15) (19-9-0,375 + 20-0,59-- 15-2,3) = ам 48 кПа. 4. На отметке 6.31 для лежащего Выше грунта hs^Hs+h '=0,8+5,4=6,2 м; уз»» 19 кН/м3; ф3=10о; 7<с= Рис, 15.26. К примеру ИЛ / — насыпной грунт; у, = 19 Н/м3, ф1 = 17°; II — пе- сок мелкозернистый светлый: у-=18,5 Н/м3, ф5= =25°; III— глина ленточная пылеватая пластичная: у3=19 Н/м3, фз = Ю°, Кс—1.5-104 Па; IV — суглинок пылеватый пластичный: у4^19 Н/м3, ф4=15°, Кс= =0,540! Па Рис. 15.27. Эпюры давления грувчй (И и удельных сил трения (б) дм у*ловгй «тройтедььтва = 15 кПа; ’аУг=6,2/9=0,69; « = 0,62; Fi»=0,45; Л“0,58, F3=2,4; /< =0,15: Pg3 = (1 4- 0,15) (19-9-0,45 + 20-0,58 — 15-2,4) = 60 кПа. На отметке 3,31 для лежащего ниже грунта ~ = 6,2 м; у4=19 кН/м3; ф4=15°; Кс=5 кПа; /г.^/г=6,2/9= =0,69;' «=0,65; F,=0,35; Л=0,42; Л=2,1; Хр=0,19: рГ = (1 + 0,19) (19-9-0,35 + 20-0,42 — 5-2,1) = 69 кПа g3 5. На отметке 7,50 для лежащего выше грунта /г4“ = tf4+ft'= 1,19+6,2=7,39 м; у4=19 кН/м5; ф4=15°; Кс“ =5 кПа; 39/9=0,82; «=0,62; Л-0,4; Л=0,41; Л=2,2; Кр=0,19: . pgi = (1 + 0,19) (19-9-0,4+ 20-0,41 -5-2,2) = 78 кПа 6. На отметке 8,00 для лежащего выше грунта ft5=.tfs+Zf4+ft'=0,5+l,19+6,2=7,89 м; у4=19 кН/м3; ф4=15°; Кс=5 кПа; Л/г = 7,89/9=0,88; га=6,1: Л-=0,42; Л=0,4; F3=2,2; К р =0,19: pg5 = (1 +0,19) (19-9-0,42 + 20-0,4 — 5-2,2) = 82 кПа 7. На отметке 9,70 для лежащего выше грунта (г5=Я4+Л5+Я6+(г'=1,19+0,5+1,7+6,2=9,59 м; у4= = 19 кН/м3; <р4=15°; Кс=5 кПа; й.6/г=9,59/9= 1,07; л— =0,56; Л =0,49; Л=0,38; Л=2,3; Л =0,18: pg6= (1 + 0,18) (19-9-0,49 + 20-0,38 — 5-2,3) = = 94 кПа. Удельные силы треиия грунта (рис. 15.27, б) оп- ределяем по формуле (15.13); на отметке 0,00 . ° « t0 — 13-0,3057 = 4 кПа на отметке 1,86 ° ° ° И = 34 - 0,3057 = 10 кПа =25-0,4663 = 12 кПа на отметке 5,51 - » . . = 46-0,4663 = 21 кПа t2 = 48-0,1763 + 15 = 24 кПа на отметке 6,31 . . . . /3 = 60-0,1763 +15 = 26 кПа /3 = 69-0,2679 + 5 = 24 кПа на отметке 7,50 . . , » /4 = 78-0,2679 + 5 = 26 кПа на отметке 8,00 . . . „ /в = 82-0,2679 + 5 .= 27 кПа на отметке 9,70 « „ , ° /в — 94.0,2679 + 5 = 30 кПа Силу трения грунта для расчета на погружение находим по выражению (15.14): / 4 + 10 12 + 21 Т, = 6,28-9 ( -+±±1—1,96 + ±-~'-±-± 3155 + \ 2 2 + .Ji+2Lo,8 + -a+L6 lil9) + 2 2 J + 6,28-9,2 f-26.^.— 0,5 +-2С+22» == \ 2 2 J = 6897 + 3565 = 10 462 кН. Вес колодца, необходимый для погружения на проектную глубину, вычисляем по зависимости (15.24): G„, = 1,15-10 462 «= 12 031 кН. Вес колодца после уточнения размеров Gw = пу0 Vw = 0,9-25.540 = 12 150 кН. Силу трения Ti определяем по формуле (15.15): 7\ = О+Л «и 0,5 • 10 452 = 5231 кН. Вес грунта, находящегося выше уступа ножа, Gg = 0,9-19 6,28-9,15.0,1-7,5 ® 737 кН. Вес днища Gp 0,9-1,5-25-3,14 (8,2 + 8,7)г/2« 7557 кН. Расчет на всплывание выполняем ио эевнсимоста (16.40);
15.7. Примеры расчета 375 12 150 + 5270 4- 737 + 7567 25 685 V = ------—!-------!------!-----=--------- =1,42. em 3,14-9,22-6,8-10 18 020 Давление грунта р находим по формуле (15.11): : 12 150 — 1,15 (6897 +6,28-9,2-2,2-5) /У0 _ — " "• 3,14-9,2-2,2-0,2679 2 (78 + 94) = 205 — 172 = 33 кПа. 2 Коэффициент неравномерности бокового давления грунта Ки определяем по уравнению (15.9): 1<и = 1 + 33/86 = 1,38. Находим еагрузку на I пояс, равный 2 м: ^1=82 + 2 Р ~ Pg5 + 82 +94 2 2 -Ы- = 156,8 кПа. 2 Интенсивность этой нагрузки q=>156,8 кН/м, тог- да по формулам М = — 0,14889г2 Ik - П; а т \ и I М = 0,13669г2 Ik — 1); Ъ т\ и ' Na-prm Р+0-7854 (7<ц - 1)]; Рис. 15.28. К примеру 15.2 /-—насыпной грунт: v, = 19 кН/м3, q>i=17°; 77 —песок мелкозернистый светлый: V2=18,5 кН/м3, ф2=25"; III— то же, уз=10 кН/м3, фз=25’; IV—глина ленточная пылеватая пластичная: у4=10 кН/м3, <р4=10°, Кс= = 1,5 кПа; V — суглинок пылеватый пластичный: Vs—Ю кН/м3, q>5=15°, 7(с=5 кПа находим: Ма = — 0,1488-156,8-8,552 (1,38 — 1) = 648 кН-м! Мь = 0,1366-156,8" 8,552 (1,38 — 1) =595 кН-м; Na = 156,8-8,55 [1 + 0,7854 (1,38 — 1)3 = 1740 кН; Nh = 156,8-8,55 [1 +0,5 (1,38 — 1)]= 1596 кН. Пример 15.2. Рассчитать колодец, рассмотренный в примере 15.1, иа нагрузки и воздействия, возника- ющие в условиях эксплуатации (рис. 15.28). Решение. Основное давление грунта pg до отмет- ки 5,51 определяем по рис. 15.9—15 12, так же как и в примере 15.1 (рис. 15.29), и наносим полученные значения на рис. 15.29. Ординаты эпюры давления для глинистых грун- тов (ниже отметки 5,51 м) определяем по формуле (15.19). 1. На отметке 5,51 м для лежащего ниже грунта =8,01 м; у4= 10 кН/м3; ф4 = 10°; К.^ =0,7: р' = 0,7 (10-8,01 + 40) = 84 кПа. 93 2. На отметке 6,31 для лежащего выше грунта h^Ht + h’3 =0,8+8,01 = 8,81 м; ?4=Ю кН/м3; ф4=10°; Лй=0,7: pgi = 0,7 (10-8,81 + 40) = 90 кПа. Рис. 15.29. Эпюра давления грунта (для условий экс- плуатации) На отметке 6.31 для лежащего ниже грунта h,i.~ =8,81 м; Vs=10 кН/м3; ф3=15°; =0,5: р' . = 0,5 (10-8,81 + 40) =64 кПа. g4 На отметке 7,50 для лежащего выше грунта =Н5+^4=1,19+8,81 = 10 м; Vs=10 кН/м3; ф5=15°; Kh = =0,5: р§ъ =0,5 (10-10 + 40) = 70 кПа. 4. На отметке 8,00 для лежащего выше грунта ft6=776+ft5=0,5+10= 10,5 м; Vs=10 кН/м3; ф5= 15°; Kh= = 0,5: pgQ =0,5 (10-10,5 + 40) = 73 кПа. 5. На отметке 9,70 для лежащего выше грунта h7=Hj+hs= 1,7+10,5= 12,2 м; ?5=Ю кН/м3; ф5=15°; Л^=0,5: pgi = 0,5 (10-12,2 + 40) = 81 кПа. Определяем нагрузку на I пояс: р = 73 + 73 + 8— — = 134 кПа. 2 2 Интенсивность этой нагрузки 134 кН/м. Тогда; М = -0,1488-134-8,553 (1,1 — 1) = 146 кН-м; М. = 0,1366-134-8,552 (1,1 — 1) = 134 кН-м; Ъ Na = 134-8,55 [1 + 0,7854 (1,1 — 1)] = 1230 кН. ^ = 134-8,55 [1 +0,5 (1,1 — 1)] = 1200 кН.
376 Глава /5. Проектирование опускных. колодцев и '-болочвк Определяем сжимающее усилие от гидростатиче- ского давления воды на отметке 8,00: Л1 = Р!'т = 51-8,55 = 436 кН. Окончательно получим: М = 146 кН-м; ' G = 134 кН-м; Na = 1230 + 436 = 1666 кН ; Nb = 1200 + 436 = 1636 кН. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Байцур А. И. Опускные колодцы. — Киев: Бу- д!вельник, 1972. — 205 с. 2. Ивахнюк В. А. Опускные сооружения в строи- тельстве горных предприятий. — М.: Недра, 1973.— 134 с. 3. Силии К. С., Глотов Н. М. Опускные колод- цы.— М.; Транспорт, 1971.— 229 с.
Глава 16. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ, УСТРАИВАЕМЫХ СПОСОБОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ» 16.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Способ «стена в грунте» основан на при- менении глинистого раствора (суспензии) для удержания в вертикальном положении стен траншей при их разработке и последующем заполнении бетонной смесью, сборными желе- зобетонными конструкциями или противофиль- трационными материалами. Способ «стена в грунте» позволяет отказаться от применения металлического шпунта, проката и труб для крепления стен котлованов. Особенно эффек- тивен этот способ при заглублении стен в во- доупорные грунты, что дает возможность пол- ностью исключить глубинное водопонижение. «Стены в грунте» могут быть использованы в качестве несущих или ограждающих конструк- ций, фундаментов, противофильтрационных завес и т. д. Применение способа «стена в грунте» не допускается на площадках с геологически не- устойчивыми условиями (карст, оползни и т.п.), в крупнообломочных грунтах с незапол- ненными пустотами между зернами грунта, в илах текучей консистенции. Способ «стена в грунте» рекомендуется применять при проектировании: сооружений и зданий промышленных пред- приятий и объектов гражданского назначения (подземные этажи и фундаменты производст- венных, общественных и жилых зданий, дро- бильные цехи горно-обогатительных предприя- тий, бункерные ямы, подземные технологичес- кие галереи и помещения другого назначения); транспортных сооружений (подземные пе- реходы и переезды под улицами и дорогами, станции и тоннели метрополитенов мелкого заложения, подземные автомагистрали); гидротехнических сооружений (водозабо- ры и насосные станции, противофильтрацион- ные завесы плотин и дамб, сухие доки, шлю- зы, набережные, причальные стены и др.); защиты котлованов и карьеров от прито- ка подземных вод (противофильтрационные завесы). В условиях плотной застройки городов и промышленных площадок, способ «стена в грунте» весьма эффективен, так как позволя- ет устраивать подземные сооружения вблизи существующих зданий и сооружений без на- рушения их устойчивости и создания допол- нительных динамических нагрузок. Стены проектируются монолитными или сборными из железобетонных элементов за- водского изготовления. Для монолитных стен применяется тяже- лый бетон марки не ниже М 200, а для сбор- ных конструкций — не ниже М 300. В обвод- ненных грунтах применяется бетон марки по водопроницаемости не ниже В2, по морозо- стойкости не ниже Мрз 50. При проектировании сооружений, возво- димых способом «стена в грунте», как прави- ло, специальной гидроизоляции не преду- сматривается. В особо ответственных случаях возможно применение торкрета, кремнийор- ганической (и других видов) гидроизоляции, наносимой на наружную сторону стеновых па- нелей до их установки в траншею. Металличе- ская гидроизоляция в монолитных и сборных стенах применяется в исключительных случаях при соответствующем обосновании. В каждом конкретном случае наземные части зданий, опирающиеся на подземные час- ти, возведенные способом «стена в грунте», должны быть отделены деформационными швами от конструкций, фундаменты которых могут иметь другую осадку. Рабочая документация при проектирова- нии подземных сооружений, возводимых спо- собом «стена в грунте», как правило, должна разрабатываться одновременно с проектом производства работ. Если разрабатывается только рабочая документация (конструктив- ная часть), то в ее составе должны быть ос- новные положения по производству работ, в том числе; сведения о требуемых механизмах для разработки траншеи; данные о рекомендуемых глинах для при- готовления глинистой суспензии; сведения об основных показателях ка- чества глинистой суспензии (плотность, ста- бильность, суточный отстой, расплыв); технологическая схема производства работ по разработке траншеи с разбивкой на за- хватки; схемы заполнения траншеи монолитным бетоном или сборными элементами. 16.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ Рабочая документация и проект произ- водства работ подземного сооружения, возво- димого способом «стена в грунте», разраба- тываются на основании технического задания на проектирование, включающего;
378 Глава 16. П роектирование сооружений по способу «стена в грунте» внутренние размеры, конфигурацию, рас- положение перегородок и перекрытий проек- тируемого помещения; класс сооружения; требования по допускаемой влажности в помещении; эксплуатационные нагрузки на сооруже- ние; нагрузки на территории вблизи проекти- руемых сооружений и нагрузки от существу- ющих зданий и сооружений; топографический план площадки в масш- табе 1 :500 с указанием планировочных и привязочных данных, а также всех существу- ющих на площадке объектов, инженерных се- тей, подъездных путей и т. п. материалы о гидрогеологических услови- ях площадки и инженерно-геологических изы- сканиях, выполненных по сетке скважин не бо- лее 20X20 м или по трассе сооружения не ре- же чем через 20 м; инженерно-геологическое строение площадки изучается на глубину не менее 10 м ниже подошвы стены, для несу- щих стен на глубину не менее чем 1,5/74-5 м (где Н — глубина основного сооружения); все свойства грунтов в процессе инженерно- геологических изысканий исследуются по стан- дартной методике в соответствии с норматив- ными документами на инженерно-геологичес- кие изыскания для строительства, заданием и программой изысканий; источники водоснабжения и их возмож- ные расходы; места возможных отвалов грунтов; источники энергоснабжения с указанием их мощности, напряжения и мест подключе- ния. 16.3 КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ Сооружения, возводимые способом «стена в грунте», могут иметь в плане любую форму, которая определяется их технологическим на- значением. Глубина ограничивается, как пра- вило, возможностью механизмов для разработ- ки траншеи и технологическими требованиями. Стены сооружений, устраиваемых спосо- бом «стена в грунте», должны располагаться от существующих зданий или сооружений на расстоянии а, ориентировочно определяемом по формулам: при Bt/zt < 2 а > Bt/2; (16.1) при Bt/zt > 2 а > zt tg (45° — <р/2), (16.2) где В —длина захватки, т. е. длина одновременно бетонируемого участка монолитной стены или одно- временно монтируемого участка сборной стены, м: g — глубина траншеи, м; ф — расчетное значение Рис. 16.1. Схемы сооружений с параллельными сте- нами я — консольные стены с заделкой нижней части в грунт; бия — стены с одно- и многоярусным креп- лением по высоте распоркам1!; г — стены с крепле- нием анкерами угла внутреннего трения грунта (при разнородных напластованиях грунта принимается средневзвешен- ное значение ф). Если заданным является расстояние а, то эти формулы позволяют выбрать длину за- хватки Bt. При проектировании подземных сооруже- ний или ограждающих стен котлованов вбли- зи существующих зданий следует принимать минимальную длину захватки, увеличивать плотность глинистого раствора и добиваться максимального превышения уровня раствора над уровнем подземных вод (не менее 1,5 м). Конструктивные схемы стен подземных сооружений выбираются в зависимости от размеров сооружений, их формы в плане, ха-, рактера и величин расчетных нагрузок, гидро- геологических условий площадки строительст- ва и других факторов. Конструктивные схемы прямоугольных в плане сооружений (с парал- лельными стенами) (рис. 16.1), применяются при возведении транспортных тоннелей, под- земных гаражей и других сооружений. Насос- ные станции различного назначения, резервуа- ры и т. п., как правило, проектируются круг- лого очертания в плане [1, 2]. Если устойчивость стен сооружения не обеспечивается заделкой их-В..грунт, то проек- том должны предусматриваться распорные или анкерные конструкции. Распорные конст- рукции (ими могут быть также постоянные междуэтажные перекрытия) принимаются при расстоянии между параллельными несущими стенами подземных сооружений до 15 м. При расстоянии между стенами свыше 15 м, когда установка распорных конструкций затрудне- на, устойчивость стен должна обеспечиваться применением соответствующих анкеров. Рас- стояния между распорными конструкциями или анкерами по высоте и в плане определяются расчетом.
16.3. Конструктивные решения 379 Размеры заглубленных помещений, отмет- ка их пола (днища), расположение перегоро- док и промежуточных перекрытий принимают- ся в соответствии с заданием на проектирова- ние. Общая глубина стен определяется глуби- ной сооружения плюс необходимая длина заделки в грунт ниже дна котлована в строи- тельный период. При проектировании стен в грунте в за- висимости от гидрогеологических условий строительной площадки необходимо учитывать следующее: 1) при расположении подземного соору- жения в сухих и водонасыщенных грунтах и отсутствии водоупора глубина заделки стены в грунт определяется статическим расчетом; 2) при расположении подземного соору- жения в водонасыщенных грунтах и сравни- тельно неглубоком расположении водоупора глубина заделки стены определяется также статическим расчетом, но с учетом возможно- сти заглубления стены в водоупор с целью обеспечения производства работ по разработ- ке грунта внутри ограждения без применения водоотлива или водопонижения, при этом низ стены рекомендуется заглублять в скальные грунты, плотные глины и мергель на 0,5—1 м, а в суглинки пластичные на 1—1,5 м. При заглублении сооружений в водоупор- ный слой следует проверять расчетом воз- можность прорыва напорными водами водо- упорного слоя. Сооружения, располагаемые ниже гори- зонта грунтовых вод, после устройства днища следует рассчитывать на всплывание в любых грунтах, за исключением случая, когда под днищем предусматривается постоянно дейст- вующий дренаж. Расчет на всплывание произ- водится аналогично соответствующим расче- там для опускных колодцев. Днища подземных сооружений, стены которых устраиваются спо- собом «стена в грунте», проектируются анало- гично днищам опускных колодцев (см. гл. 15). А. СТЕНЫ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА Толщина несущих монолитных стен опре- деляется расчетом по прочности и с учетом оборудования, применяемого для устройства траншеи. В зависимости от применяемого зем- леройного оборудования толщина несущих мо- нолитных стен может приниматься 40, 60, 80 и 100 см. При проектировании монолитных стен следует предусматривать устройство их за- хватками минимальной длины 3—6 м для обе- Рагро.ботка. О Заполнение Разработки Рис. К5Л. Схемы устройства монолитных стен а — пересекающиеся сваь; б — соединяющиеся сваи; в — пересекающиеся траншеи; г — соединяющиеся траншеи (шо:? образован разделительными трубами); д — непрерывная траншея с секционным заполнени- ем; е — то Же, с непрерывным заполнением; 1 — сква- жины и секции траншей первой очереди; 2— то же, второй очереди спечепия быстрого темпа • бетонирования и сокращения объема глинистого раствора. Объ- ем захватки должен быть не более 50—60 м3. Конструкции монолитных стен проектируются в соответствий с принятой схемой их устрой- ства (рис. 16.2) и требованиями СНиП 11-21-75 [4]. Арматурные каркасы монолитных стен выполняются из арматуры периодического про- филя и имеют длину на 20—30 см меньше глу- бины траншей, ширину на 10— 15 см меньше длины захватки, а толщину на 12—15 см меньше ширины траншеи. Расстояние между арматурными стержнями в каркасах прини- мается не менее 150 мм. Внутри каркасов предусматриваются проемы для установки бетонолитных труб, а с наружных сторон — ограничители (направляющие), обеспечиваю- щие проектное положение арматурного кар- каса. в траншее и требуемую толщину защит- ного слоя бетона. Для установки бетонолитных труб при длине захватки до 4 м принимается один про- ем в середине каркаса; при длине захватки 4—6 м предусматриваются два проема (при радиусе растекания бетонной смеси не менее 1,5 м). Каркасы должны обладать достаточной жесткостью, исключающей возможные дефор- мации при их подъеме в вертикальное поло-
380.. Глава 16. Проектирование сооружений по способу «стена в грунте» жение, и, как правило, проектируются как од- но целое на полную глубину траншеи и лишь в исключительных случаях — составными в виде удобных для транспортирования блоков, из которых на строительной площадке мон- тируются каркасы проектных размеров. Сопряжения (примыкания днища, перего- родок, балок и перекрытий) с монолитными стенами принимаются в виде свободно опира- ющихся конструкций с помощью штраб в бе- тонируемой стене, либо в виде жестких сое- динений. Штрабы для опирания конструкций формируются путем закладки в армокаркасы деревянных коробов, извлекаемых после вы- емки грунта внутри ограждения. Жесткие со- единения проектируются в виде стальных за- кладных деталей или выпусков арматуры из стали класса A-I, соединяемых с помощью сварки. Для установки каркасов в траншею необ- ходимо предусматривать отгиб арматурных вы- пусков заподлицо с плоскостью каркаса. При проектировании стен из монолитного железобетона необходимо учитывать дополни- тельные требования: бетон применяется пла- стичный (литой) с осадкой конуса 16—20 см, крупность заполнителя до 50 мм. Б. СТЕНЫ из СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА Стены из сборного железобетона следует проектировать заанкеренными. Конструкции консольных стен не рекомендуются. Применение сборного железобетона при Рис. 16.3, Плоская стеновая панель 1 — выпуски арматуры; 2— монтажные петли; 3 — закладные детали; 4 — рабочая арматура; /р-—дли- на панели; Ьр—ширина панели строительстве способом «стена в грунте» име- ет следующие преимущества; высокое качество и малая водопроницае- мость бетона сборных панелей; возможность в заводских условиях прида- вать необходимую отделку поверхности пане- лей; простота размещения закладных деталей для соединения стен с внутренними конструк- циями подземного помещения; возможность уменьшения толщины стен до 15—30 см при глубине их до 10—12 м. Размеры сборных элементов назначаются в зависимости от глубины стен; . результатов расчета на нагрузки, возникающие при изго- товлении, транспортировании, монтаже, строи- тельстве и эксплуатации; вида применяемого оборудования для разработки траншей; грузо- подъемности монтажных кранов и транспорт- ных средств; максимально допустимых разме- ров из условий технологии изготовления. Сборные стены проектируются из плоских (рис. 16,3), многопустотных (рис. 16.4) и ре- бристых (рис. 16.5) панелей. Рис. 16.4. Многопустотная стеновая панель / — выпуски арматуры; 2— монтажные пеыгн; 3 — пустоты
16.3. Конструктивною решения 381 Рис. 16.6. Стыки открытого типа а — нерабочий; б — рабочий в — рабочий типа «лас- точкин хвост»; / — цементный раствор; 2 — стальные накладки; 3 — рабочая арматура; 4 — торкрет-бетон Рис. 16.5. Ребристые стеновые панели и блоки из них / — монтажные петли; 2 — закладные детали; 3 — ребристая панель; 4 — стеновой блок Для панелей принимаются максимально возможные размеры по ширине с целью сокра- щения числа швов. Ширина панелей назнача- ется 100—350 см, толщина 15—60 см (на 6—- 10 см меньше ширины траншеи). Высота отдельных панелей, из которых составляется стена, определяется проектной глубиной стены, возможностью транспортиро- вания и монтажа панелей. Как правило, она составляет 12—14 м. Конструкции стыков между сборными эле- ментами могут быть рабочими и нерабочими. В рабочих стыках рабочая арматура стыкуе- мых панелей соединяется равнопрочно, для чего стык выполняется открытым, клинообраз- ным (рис. 16.6). Рабочая арматура наружной и внутренней сетки соединяется с полосовой накладкой, выполненной в виде закладной ча- сти панели, а закладные части двух смежных панелей стыкуются между собой накладками. Рабочие стыки заделываются изнутри соору- жения по мере разработки грунта насухо. В нерабочих (конструктивных) стыках (см. рис. Рис. 16.7. Стыковые соединения 1 — панель; 2 — уголки для подвески панелей на форшахту; 3 — подвески; 4 — инвентарный направля- ющий, двутавр (удаляемый); 5 — двутавры (захваты); 6 — закладные детали; 7 — уголки; S — опорный сто- лик; 9 — арматурные стержни
382 Глава 16.. Проектирование сооружений по способу «стена в грунте» 16.6) арматура не стыкуется равнопрочно. Па- нели соединяются с помощью шпоночных или плоских стыков с накладками. Стыки между панелями и пространство (пазухи) между панелями и стенами траншеи заполняются тампонажными материалами, вид и состав которых назначаются из условия обе- спечения требуемой прочности и водонепро- ницаемости. Сборные элементы имеют монтажные пет- ли и стальные детали для монтажа и подвес- ки их на форшахту при установке в траншею, а также соответствующие детали стыков сое- динений панелей между собой (рис. 16.7). Для сопряжения ограждающих стен с дни- щем, внутренними стенами и перегородками в сборных элементах необходимо предусматри- вать штрабы или закладные детали. Штрабы выполняются до бетонирования панелей пу- тем установки деревянных коробов или обрам- лений из металлического листа. Закладные де- тали для присоединения внутренних конструк- ций устанавливаются так, чтобы их наружная грань была в одной плоскости с бетонной по- верхностью панели. В тех случаях, когда проектируемые сте- ны могут быть заглублены До водоупора, сле- дует применять конструкции смешанного типа. Верхняя часть степ (на глубину подземных помещений плюс величина заделки в грунт) устраивается из сборных панелей, а нижняя (до водоупора) — из монолитного пластично- го бетона, при этом нижняя часть конструк- ции выполняет роль протнвофильтрационной завесы и служит основанием для сборных па- нелей, которые заглубляются в монолитную часть не менее чем на 50 см (рис. 16.8). Рис. 16.8. Конструкция стен в грунте смешанного типа 1 — уровень подземных вод; 2 — Панель из сборного же- лезобетон j; 3 — распорка; 4 — дно котлойана; 5 — там- понажный раствор; 6 — уча- сток стены из монолитного бетона, 7. — водоупор 16.4. ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИМЕНЯЕМОЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СПОСОБОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ» 16.4.1. Оборудование для приготовления и очистки глинистой суспензии . При использовании глинопорошков и ко- мовых глин для приготовления глинистой сус- пензии используются различные глиносмеси- тели (табл. 16.1). Для перекачивания глинистых суспензий применяются поршневые грязевые, центробеж- ные шламовые насосы и растворонасосы (табл. 16.2). Для механической очистки глинистых сус- пензий служат вибросита (табл. 16.3), а для разделения фракций твердой фазы с помощью центробежных сил (табл. 16.4) — гидроцик- лонные установки. ТАБЛИЦА 16.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМЕСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ГЛИНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ Показатели Марка смесителя Смеси- тель-дис- пергатор МГ2-4 и Г-2-П2-4 РМ-500 РМ-750 ГКЛ-2М СПП-70 ФСМ-3 Вместимость, м3 4 0,5 0,75 2 — — 0,6 Производительность, м?/ч: на комовой глине .... 4 — — 10—12 — на глинопорошке 6 3—5 4-8 2—4 До 70 20—25 4—б Мощность электродвигателя, кВт 14 4,5 7—10 14 56 28 10 Частота вращения вала смеси- 25 теля, с Габариты, мм: 1,58 8,3 9,5 1,67—3 2450 —— 8,3 3890 1500 2000 1500 1950 1760 длина 3015 1400 1100 2150 1815 1530 400 ширина 1455 1300 1100 1500 2155 1410 600 высота Масса, т ....... . . . 3,565 0,35 0,512 1,985 1,994 1,4 0,305
JS.4t Оборудование, применяемое при строительстве способом «стена в грунте» ... 11 'I । >innircrriiiw.«№«> im‘ни .umipi" » , -i 1 111 1 ' 383 ТАБЛИЦА 16.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАСОСОВ ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ ' ГЛИНИСТЫХ СУСПЕНЗИЙ Показатели Мазка насоса НГР250/50 ИГР SMTP ШН-150 ШН-200 С-317А Подача насоса, л/с .......... 5 5 6,11 41,66 55,55 1,66 Давление, МПа ........... 5 3,75 5; 6,3 10 16,66 10; 6; 3,5 0,3 0,4 1,5 Мощность электродвигателя, кВт . . . . 38 48 100 28 — 7 Габариты, мм: длина . ч „ о о 1444 1870 2630 685 1040 ширина 876 990 1040 610 — 560 высота . в . о . . а 93'2 15Ю 1630 640 —.. 1000 Масса, т .............. . 0,733 1,15 1,76 0,223 — 0,39 ТАБЛИЦА 18.3. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДИНАРНЫХ И СДВОЕННЫХ ВИБРОСИТ Показатели Марка вибросита СВ-1 СВС-2 СВ-2 Пропускная способность, л/с ............ 20 20—55 50—-50 Рабочая площадь сетки, м2 Число отверстий на дюйм при диаметре: 1,25 2,5 2.6 0,25 мм 40 40 40 0,35 » 30 30 30 Частота колебаний, мин 1 ............. 1400 1400, 1600, 1800, 2000 1600, 2000 Мощность электродвигателя, кВт .......... 2,8 2,8X2 2,8X2 Габариты, мм .................. 1875X2190X725 3500X3200X1800 — Масса, «я ...... . 0,725 1,654 1,425 ТАБЛИЦА 16.4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОЦИКЛОННЫХ И СИТОГИДРОЦИКЛОННЫХ УСТАНОВОК Показатели Марка гидроциклонной установки 2СГУ 4СГУ ОГХ-8Б ОГХ-8А Производительность, л/с ........... 30 60 5 2,5 Число сит 1 —— Число гидроциклонов . , „ « ...... . 2 4 1 1 Насосная установка: ТИП , в ш а . . В ШН-150 В ШН-150 ВН-4 ВНМ-18X30 мощность, кВт . 30,8 61,6 4,5 3,5 Габариты, мм: длина . , . а и в а . » а 2400 4250 1670 1485 ширина 1700 2400 420 850 высота . . а « 2465 3400 1425 1450 Масса, т ......... ........ 2,25 4»42 0,28 0,295 16.4.2. Оборудование для разработки траншей Для разработки траншеи под защитой гли- нистой суспензии могут применяться землерой- ные машины общего назначения (драглайны, обратные лопаты), буровые станки вращатель- ного бурения и специальные ковшовые и фре- зерные агрегаты. При проектировании несущих «стен в грунте» следует применять машины ковшово- го типа: самонаправляющийся плоский грейфер СГФ-600 ГПИ Фундаментпроект Минмонтаж» спецстроя СССР, широкозахватный грейфер и траншейный штанговый экскаватор НИИСП Госстроя УССР, грейфер института Гидро- спецпроект Минэнерго СССР, гидравлический грейфер с напорной телескопической штангой на базе экскаватора ЭО5!Г22. При проектиро- вании .противофильтрационных завес рекомен- дуется наряду с машинами ковшового типа применять бурофрезерные машины, например агрегаты СВ Д-500 Киевского ПКО Гидро-про- екта им. Жука Минэнерго СССР, барражные машины института ВИОГЕМ Мпычермета СССР и т.д,
384 Глава 16. Проектирование сооружений по способу «стена в грунте» Рис. 1-3.9. Самонаправляющийся плоский грейфер СГФ-600 J—ковш; 2—приспособление для удаления связных грунтов; 3 — полиспаст; 4— рама; 5 — направляющий ролик Рис. 16.10. Грейфер института Гидрослец- проект 1 — гидравлический грейфер; 2 — меха- низм подачи шлан- гов; 3 — напорная штанга; 4 — направ- ляющая штанга; 5 — подвеска; 6 —- гидро- разводка; 7—распор- ка; S—насосная стан- ция Плоский грейфер ГПИ Фундаментпроект (рис. 16.9) имеет тросовую подвеску и осна- щен приспособлением для удаления связных грунтов из ковшей. Грейфер обслуживается краном грузоподъемностью 20 т, имеющим двухбарабанную лебедку. Техническая характеристика самонаправляющегося плоского грейфера СГФ-600 конструкции ГПИ Фундаментпроект Ширина ковша, м ....................... 0,6 Полезный объем, м3 ........... 0,7 Длина захвата ковша, м ........ 3,2 Глубина копанья, м .................. 30 Группа разрабатываемого грунта .... I—IV Масса, т ............................. 5,7 Институтом Гидроспецпроект и ВО Гид- роспецстрой Минэнерго СССР разработан и освоен гидравлический грейфер на напорной штанге (рис. 16.10). Техническая характеристика грейфера института Гидроспецпроект Ширина ковша, м .................. 0,4; 0,5; 0,8; 1 Вместимость ковша, м3............. 0,2; 0,5; 0,7; 0,9 Длина захвата ковша, м .... 1,6; 2,5; 2,5; 2,5 Глубина копания, м ................... '35 Масса навесного оборудования, т: грейфера при ширине ковша 0,6 м ........................... 4 то же, 0,8 м ................. 5 штанги.................. 2,5 Гидравлический грейфер с напорной теле- скопической штангой на базе экскаватора ЭО-5122 (рис 16.11) изготовляется серийно. Техническая характеристика гидравлического грейфера с напорной телескопической штангой на базе экскаватора ЭО-5122 ’ Ширина ковша, м ...... Длина захвата ковша, м . . . . Глубина копания, м ...... Высота выгрузки, м ...... Группа разрабатываемого грунта Масса, т ........................ 0,6; 0,7; 0,8; 1 2,5 25 2,45 I—IV 48,6
16.5. Проект производства работ 385 Рис. 16.11. Грейфер на базе экскаватора ЭО-5122 / — экскаватор; 2— рама; —высоконапорный шланг; •/ — привод штанги; 5—телескопическая штанга; 6 — гидравлический грейфер 16.5. ПРОЕКТ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ 16.5.1. Общие- положения При проектировании сооружений, возводи- мых способом «стена в грунте», обязательна разработка проекта производства работ или же основных его положений в составе рабочей документации, так как способы работ и при- меняемое оборудование могут существенно влиять на конструктивные решения. Проект производства работ (или основ- ные его положения) по возведению подземных сооружений способом «стена в грунте» должен содержать следующие разделы: 1. Устройство форшахты из сборного или монолитного железобетона. 2. Приготовление глинистой суспензии. 3. Разработка траншей под защитой гли- нистой суспензии. 4. Заполнение траншей монолитным или сборным железобетоном, тампонаж застенного пространства при возведении стен из сборно- го железобетона. 5. Устройство обвязочного (распредели- тельного) железобетонного пояса по верху стен и распорных конструкций. 6. Разработка грунта в заглубленном по- мещении. 7. Устройство днища, перегородок, пере- крытий. Технологические процессы разделов 1, 5— 7 относятся к общестроительным работам, по- этому ниже даются рекомендации только по разделам 2—4. Проект производства работ на строитель- ство сооружений способом «стена в грунте» разрабатывается в соответствии с «Инструк- цией по разработке проектов организации строительства и проектов производства работ» (СН 47-74) и СНиП 3.02.01-83 [6]. 16.5.2. Приготовление глинистой суспензии (раствора) Для глинистых суспензий применяются бентонитовые глины, а при их отсутствии — местные глины, имеющие число пластичности не менее 0,2 и содержащие частицы размером крупнее 0,5 мм не более 10 % и частицы мель- че 0,005 мм не менее 30 %. Пригодность мест- ных глин определяется по результатам лабора- торных испытаний глинистых растворов, полу- чаемых на основе этих глин. Состав и свойства глинистых суспензий должны обеспечивать устойчивость выработок (траншей, скважин) на период их устройства и заполнения. Параметры суспензий устанав- ливаются проектом с учетом условий площадки исходя из следующих показателей: . вязкость, характеризующая подвижность раствора, 18—30 с (по прибору СПВ-5); суточный отстой (водоотделеиие) и ста- бильность, характеризующие устойчивость ра- створа против расслаивания: водоотделеиие не более 4 %, стабильность не более 0,02 г/см1 (по прибору ЦС-1 или ЦС-2); содержание песка, характеризующее сте- пень загрязненности суспензии до 4 % (по при- бору ОМ-2); водоотдача, характеризующая способность отдавать воду влагоемким породам, не более 30 см3 за 30 мин (по прибору ВМ-6); статическое напряжение сдвига, опреде- ляющее прочность структуры и тиксотропность суспензий, 1—5 Па через 10 мин после переме- шивания (по прибору СНС); плотность 1,03—1,06 г/см3 при использо- вании бентонитовых глин и 1,15—1,3 г/см3 при применении местных глин. Необходимая масса без учета ее влажно- сти для приготовления 1 м3 раствора задан-
386 Глава 16. Проектирование сооружений по способу «стена в грунте» ной плотности определяется по формулам: nics = Ре (Рз РаО / (Рс ” Ps) > (16.3) nic.iv “ Рс (Рз Рда)/(Ра> Рз) > (16.4) где тс —масса глины на 1 м3 раствора, т; mcw — масса глины на 1 м3 воды, т; рс — плотность глины, т/м3: р —плотность воды, т/м3; ps — плотность рас- твора, т/м3. Выход раствора, м3, из 1 т глинистого по- рошка Ре (Ps Рх1) где X1 с— влажность глины. Для определения расхода глины с учетом . ее влажности на приготовление 1 м3 раство- ра можно пользоваться табл. 16.5 [3]. Масса ТАБЛИЦА 16.5. РАСХОД ГЛИНЫ С УЧЕТОМ ЕЕ ВЛАЖНОСТИ НА ПРИГОТОВЛЕНИЕ 1 м3 РАСТВОРА 5 Q. О, - ь £ Требуемые количества глины, кг о а 6 д с влажностью, % я й< <1> О Cf Ш я h °? я о н а « о н S U Q воздуш сухой 5 10 15 20 10 15 20 25 30 35 40 Пр ды, л н 1,06 1,10 1,14 1,17 1,20 1,24 1,29 и м е ч a a 1 м3 р 106 954 162 938 222 918 270 900 319 881 382 858 460 830 н и е. аствора. 111 950 168 933 229 911 279 891 330 870 395 845 475 815 Тод чер 116 947 173 927 235 904 288 882 341 860 407 833 490 800 той ука 121 994 178 922 243 897 297 873 351 848 420 820 506 785 зан обг 125 940 184 916 250 890 306 864 362 838 433 807 521 769 ьем во- глины с промежуточной влажностью находит- ся интерполированием. При пересечении раз- рабатываемой траншеей напорных водоносных грунтов или неустойчивых грунтов применяет- ся раствор с повышенной плотностью, приго- товленный с утяжелителем (баритом, гемати- том; магнетитом или колошниковой пыльвэ). Количество утяжелителя, т на 1 м3 добавляе- мого раствора, составляет: ^i = Pi (Psi — Ps)/(pi~~ Psi), (16.6) где pi — плотность утяжелителя, т/«3; р —требуе- мая плотность раствора, т/м3; ps — плотность раство- ра до утяжеления, т/м3. Параметры растворов, загрязненных в процессе производства работ, как правило, ре- гулируются двумя способами: механическим и химическим. Механический способ заключается в очист- ке раствора от примесей и разбавлении его во- дой или свежеприготовленным раствором. Раз- бавление водой применяется в том случае, ког- да водоотдача раствора меньше 18 см3, услов- ная вязкость более 25 с и статическое напря- жение сдвига не менее 5 Па; в остальных слу- чаях в исходный раствор добавляется свеже- приготовленный раствор. При химическом способе регулирования параметров в раствор вводятся химические реагенты (табл. 16.6), Состав и дозировка хи- мических реагентов разрабатываются лабора- торией исходя из требуемых параметров рас- творов и фактических показателей их качеств по результатам отбора проб. ТАБЛИЦА 16.6. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАГЕНТЫ, добавляемые для улучшения параметров ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ Реагент Количест- во реа- гента, % от массы глины Назначение реагента удаление кальция регулиро- вание вяз- кости регулирова- ние водоот- дачи i регулиро- ! вание pH Каустическая со- да 0,015—0,05 + + Кальцинирован- ная сода .... 0,25—2 + —. Ч" Жидкое стекло . Гидрофосфат нат- 0,2—1,5 0,4—0,5 + — — рия -Ь . | о —— Г ексаметафосфат 0,05—0,1 + + — — . Гидрофосфат . . Углещелочной ре- 1,5—2 + — — агент УШР . . . Торфощелочной До Ю — + + — реагент ТЩР . . » 10 ям + Сунил Сульфитно-спир- 0,1—0,5 — + + •— товая барда ССБ 3—6 —я н- —— Хвойный реагент Конденсирован- ная сульфитно- 2—3 + спиртовая барда КССБ ..... 0,3—2,5 Карбоксиметил- целлюлоза КМЦ . 0,2—0,8 + —— Суспензия резины РС-2 0,2 Ч" Крахмальный ре- 1,08 агент — — — Фтористый нат- рий 0,2—0,35 + Мет ас 0,2—2 —- + + —- 16.5.3. Разработка траншей Выбор механизмов для разработки тран- шей должен производиться с учетом гидрогео- логических условий, степени Стесненности участка работ и размеров проектируемых кон- струкций. Для обеспечения устойчивости верха тран- шеи и получения проектных размеров и очер-
16.5. Проект производства работ 387 таний стен подземного сооружения необходи- мо проектировать крепление ее верхней части (форшахты) из монолитного или сборного же- лезобетона (рис. 16.12). Внутреннее расстоя- ние м-е.жду стенами форшахты принимается на 10—15 см больше ширины траншеи. Технология проходки траншей грейфером должна назначаться исходя из длины раскры- тия ковшей грейфера. Одновременно с разра- 16.5.4. Заполнение траншей монолитным или сборным железобетоном Заполнение траншей монолитным железо- бетоном. Устройство железобетонных «стен в грунте» из монолитного бетона методом ВПТ под глинистым раствором (рис. 16,13) проек- тируется в соответствии с требованиями СНиП Ш-15-76 [7]. При проектировании монолит- ных стен следует предусматривать выполнение Рис. 16.12. Схемы конструкций форшахты монолитной или сборной а — Г-образная втопленная; б — то же, невтопЛенная; в — прямоугольная боткой траншеи обеспечивается заливка гли- нистого раствора в объеме, достаточном для обеспечения необходимого уровня раствора в траншее. Применение грейферов, как правило, не требует оборудования для тонкой очистки глинистого раствора, поэтому в проектной до- кументации необходимо предусматривать толь- ко емкости для содержания приготовленного раствора, из которых он подается насосом в траншею во время ее проходки и откачивается из траншеи в период укладки бетона или уста- новки сборных панелей в траншею. После проходки траншеи на длину захват- ки проводятся подготовительные работы перед ее заполнением бетоном (монолитным или сборным) или противофильтрационным мате- риалом. Подготовительные работы должны включать: проверку глубины траншеи, наличие осадка на дне и параметров глинистой суспен- зии; очистку глинистого раствора; приемку траншеи по акту непосредственно перед запол- нением. Рис. 16.13. Схема бетонирования способом ВПТ а — исходное положение трубы перед бетонировани- ем; б — подача бетона в трубу; в — выход пробки из трубы; г — начало укладки бетона в траншею; д—г — этапы бетонирования с последовательным удалением секций бетонолитной трубы; 1—клапан; 2 — пробка; t— заглубление трубы в бетон; KJ — зона подвижной смеси; Н — уровень смеси при оче- редном удалении секции трубы; hi — превышение трубы над уровнем раствора; h2 — глубина бетониро- вания; г — радиус действия трубы их захватками в шахматном порядке (через одну). Такая технология работ исключает по7 падание бетона в соседнюю захватку. В исключительных случаях, когда длина захватки меньше длины откопанной траншеи, необходимо в проекте разрабатывать конструк- ции ограничителей, которые должны удержи- вать бетонную смесь на границах захваток и исключать попадание бетона в соседнюю за- хватку. В качестве ограничителей могут быть использованы, например, железобетонные круг- лые полые или призматические сваи, оставляй-, мые в траншее. Полости свай (труб) заполня- ются бетоном.
388 Глава 16. Проектирование сооружений по способу «стена в грунте» Рис. 10.15. Заполнение пазух траншеи при сборном варианте «стена в грунте» а — инъецирование растворов; б — заполнение пазух твердеющим и сыпучим материалом; в — вытеснение твердеющего материала: 1— форшахта: 2 — сборный элемент; 3— инъецированный твердеющий материал; -/ — засыпка нетвердеющим материалом; 5 — бетон, уложенный методом ВПТ; 6'— твердеющий материал, вытесненный сборным элементом: 7 — твердеющий материал, уложенный до монтажа сборных элементов Армокаркасы проектируют, как правило, заводского изготовления с учетом возможнос- ти их транспортирования. Жесткость сварных каркасов и способ строповки должны обеспе- чивать транспортирование и подъем их крапом без деформаций и изменения проектных раз- меров. Каркасы могут иметь длину до 25 м и устанавливаться в траншею одним блоком. Проектом должен предусматриваться не- прерывный технологический процесс: разработ- ка траншеи, установка армокаркаса и ограни- чителей в траншею, укладка бетонной смеси методом ВПТ. Число бетонолитных труб определяют ис- ходя из радиуса растекания бетонной смеси: при длине захватки до 4 м — одна труба, при -1—6 м — две трубы. Длина бетонолитной трубы принимается Рис. 16.14. Установка сборных панелей в траншею 1 — уголки для подвески панелей; 2 — подвески из двутавров; 3 — панели; 4 — лоток для раствора; 5 — скважина; 6 — форшахта; 7 — направляющий двутавр; 8 — кран (см. рисунок вверху) такой, чтобы после установки ее в траншею и подвешивания на форшахту низ трубы -не до- ходил до дна траншеи на 20—30 см. Заполнение траншей сборным железобето- ном. Сборные железобетонные элементы стен устанавливают в траншею после проверки на- личия закладных деталей и. устройств, необ- ходимых для навески элементов на форшахту и соединения их между собой (рис. 16.14). Тампонаж заеденного пространства (за- полнение пазух и полости под подошвой па- нелей). Тампонаж предусматривается одним из способов, указанных на рис. 16.15, и произ- водится отдельными захватками с устройст- вом между ними разделительных диафрагм. Тампонажный раствор приготовляют из цемента, бентонита, глины, песка и химических добавок для его пластификации’и'замедления сроков твердения, а также противоагрессив- ных добавок. Подбор .состава тампонажного раствора производится лабораторией.
16,5. Проект производства работ Могут быть рекомендованы следующие ха- рактеристики тампонажного раствора: Начало схватывания, ч ............. 12—48 Расплыв по конусу АзНИИ, см . . . 12—18 Прочность на сжатие в возрасте 7— 28 сут на цементе марки М400, МПа 0,3—2,6 Плотность, г/см3 ................... >1,55 Коэффициент фильтрации, м/с . . . «sl0~~8 Марка по водопроницаемости . . . не ниже В4 Расход цемента в зависимости от требо- ваний прочности затвердевшего тампонажного раствора определяется по табл. 16.7. ТАБЛИЦА 16.7. РАСХОД ЦЕМЕНТА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТАМПОНАЖНОГО РАСТВОРА Масса цемента мар- ки М400 на 1 м3 раствора, кг Прочность раствора, МПа, в возрасте 7 сут 28 сут 100 0,1 0,25 200 0,3 0,55 300 0,4 0,85 400 1 1,2 500 2 2,6 На приготовление 1 м3 раствора расходу- ется (при влажности составляющих 2—3 %): воды 685 л, бентонита 40—70 кг, глины 137— 170 кг. Необходимая масса рассчитывается по формуле Рёт Pbccm . ппп ,. „ mgms = Pms--------------- 1000, (16.7) Pms Pbccm где m gms — масса песка на 1 м3 тампонажного рас- твора, кг; Pms — плотность песка, т/м3; Р gm—тре- буемая плотность тампонажного раствора, т/м3; ^Ьсст—плотность бентонито-глинисто-цементного раствора, т/м3; Pbccm = 0 > 63 -ф- ^с 4~ > (16.8) здесь т—масса бентонита, т; тс ~~масса глины, т; т ст— масса цемента, т. Рекомендуемое количество химических до- бавок в тампонажный раствор приведено в табл. 16.8. При расчете содержания сухого вещества СДБ, ССБ и СНВ в зависимости от плотно- сти их водных растворов рекомендуется поль- зоваться формулами: Рра = 172,2 (pss- 1)/0,727; (16.9) /71ss = Шра* Ш/Рра, (16.10) где Р — содержание сухого вещества, %; pss — плотность концентрированного раствора, г/см3; т — необходимая масса концентрированного раствора, г; — необходимая масса сухой добавки, г. При агрессивности грунтовых вод в там- понажный раствор необходимо вводить проти- воагрессивные добавки. Вид добавок и их ко- личество в зависимости от требований к там- понажным растворам подбираются в лабора- тории. 16.5.5. Контроль качества и приемка работ Проектом производства работ (или основ- ных положений) по возведению подземных со- оружений способом «стена в грунте» должен предусматриваться контроль: геометрических размеров траншеи, качест- ва глинистого раствора (плотность, вязкость, содержание песка) и количества удаляемого осадка со дна траншеи; правильности установки арматурных кар- касов и ограничителей между захватками, со- става и консистенции бетонной смеси, режима бетонирования (в порядке, установленном для метода ВПТ), качества уложенного бетона и сборных элементов; правильности установки панелей и качест- ва заполнения полостей и пазух тампонажным раствором при устройстве стен из сборного железобетона. Составной частью контрольных работ яв- ляется геодезический контроль, который дол- жен включать наблюдения за вертикальными деформациями и горизонтальными смещения- ми при разработке траншеи, в период бетони- рования или установки панелей, во время там- понажа и снятия панелей с подвесок, в период разработки грунта внутри ограждения и в пе: риод эксплуатации. При приемке готовых сооружений и конст- ТАБЛИЦА 16.8. ХИМИЧЕСКИЕ ДОБАВКИ В ТАМПОНАЖНЫЙ РАСТВОР Цемент Добавки в расчете на сухое вещество, % от массы цемента, % СДБ, ССБ СНВ мылонафт, ГКЖ-Ю. ГКЖ-И, ГКЖ-94 Портландцемент ........ 0,15—0,25 0,01—0,02 0,1—0,2 То же, сульфатостойкий 0,1—0,2 0,01—0,02 0,05—0,15 •> пластифицированный —— 0,05—0,15 » гидрофобный ...... . . 0,1—0,2 0,01—0,02 — » пуццолановый ....... 0,2—0,3 0,01—0,02 0,1—0,2 Шлакопортландцемент . . . , « . . . . „ „ 0,2—0,3 0,01—0,02 0,1—0/2 ’
390 Глава 16. Проектироеание сооружений по способу «стена в грунте» рукцйй, выполненных 'способом «стена в грун- те», проверяется соответствие всех показателей по прочности, устойчивости, сплошности и во- донепроницаемости, предусмотренных в про- екте. 16.6. РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ При расчете конструкций, возводимых спо- собом «стена в грунте», должны учитываться нагрузки и воздействия, возникающие в усло- виях строительства и эксплуатации сооруже- ний. ТАБЛИЦА 16.9. КОЭФФИЦИЕНТЫ СИЛ ТРЕНИЯ К И /С . Ф, град /с IC 15 1,5 0,75 20 1,8 0,64 25 2,1 0,55 39 2,3 0,47 35 2,6 0,41 40 3,0 0,35 Расчеты производятся на расчетные на- грузки, принимаемые как произведение норма- тивных нагрузок и коэффициентов надежности по нагрузкам, учитывающих возможное откло- нение нагрузок в неблагоприятную сторону от нормативных значений и устанавливаемых в зависимости от предельного состояния. При расчете заанкеренных стенок целесо- образно учитывать сцепление грунта, а также силы трения между стенкой и грунтом. Силы трения с достаточной степенью точности мож- но учитывать коэффициентами К и К' (коэф- фициент К относится к пассивному давлению впереди стенки, а К' — к пассивному давлению позади стенки), зависящими от угла внутрен- него трения грунта <р (табл. 16.9). Анкеры в грунте, применяемые в качестве анкерующих конструкций стен, рассчитываются методом, изложенным далее в гл. 17. Пример 16.1. Рассчитать стенку с двумя анкера- ми (распорками) методом «упругой линии». Исход- ные данные и расчетная схема приведены на рис. 16.16, а. Решение. Сначала строим эпюру активных и пас- сивных сил. Эпюра пассивных сил строится с учетом трения грунта о стенку. Составляющие активного давления на глубине Z определяем по формуле = (9+?2)^й; составляющие пассивного давления — ар h = yZKKph' где q — интенсивность равномерно распределенной на- грузки на поверхности; у — удельный вес грунта; Z — глубина от Поверхности грунта; 7. а— коэффициент активного давления грунта, равный tg2 (45—ф/2); кр]г — коэффициент пассивного давления, равный tg2 (454-ф/2). Вычисленные по этим формулам величины сводим в табл. 16.10. Затем строим эпюру нагрузок (рис. 16.16, б) и разбиваем ее на элементы, которые заменяем сила- ми Q, приложенными в центрах тяжести этих эле- ментов. Вычисленные значения Q сводим в табл. 16.11. ТАБЛИЦА 16.10. РАСЧЕТ ДАВЛЕНИЯ НА СТЕНКУ Отмет- ка, м Активное давление Пассивное давление Гидростати- ческое дав- ление (7 = V Z W W W > кПа Суммарное давление G , — G ,— ph qh — <j 9+^2 Gqh ~+ +S )А,Д, кПа 2 V Z Kbph Gph ~ -^vzk k h, кПа +4,50 +2,00 0,00 0,00 —3.00 —8,00 40 0,333 13,3 40+18-2,5=85 0,333 28,3 85+20-2=125 0,333 41,6 125 0,361 45,2 125=10-3=155 0,361 56 155+10-5=205 0,361 74 10-5=50 S00 10-3=30 —13,3 —28,3 —41,6 —45,2 —86 226 Нормативные нагрузки, коэффициенты на- дежности по нагрузкам и сочетания нагрузок должны приниматься в соответствии с требо- ваниями СНиП 11-6-74 и СНиП 2.02.01-83 [5]. Стены круглых в плане сооружений, имею- щие вертикальные стыки, рассчитываются по методике, изложенной в гл. 15; стены прямо- угольных (линейных) сооружений, а также круглых, не имеющих рабочих стыков, — мето- дом «упругой линии». При наличии соответствующей программы, рекомендуется сооружения, устраиваемые спо- собом «стена в грунте», рассчитывать методом конечных элементов на ЭВМ. ТАБЛИЦА 16.11. ЗНАЧЕНИЯ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА СТЕНКУ Номер элемента Расчет Q, кН 1 0,5 (13,3+22,3) 1,5 26,7 ‘2 0,5 (22,3+28,3) 1,0 3 0,5 (28,3+35,0) 1,0 31,7 4 0,5 (35,0+41,6) 1,0 38,3 5 0,5 (45,2+58,8) 1,0 52 6 0,5 (58,8+72,4) 1,0 65,6 7 0,5 (72,4+86,0) 1,0 79,2 8 0,5-86,0-1,64 70,5 9 0,5-91,5-1,36 62,2 10 0,5 (91,5+158,7) 1,0 125,1 11 0,5(158,7+226,0) 1,0 192,4
16.6. Расчёт конструкций 391 Рис. 16.16. К примеру расчета стенки с двумя анке- рами (распорками) методом «упругой линии» а — расчетная схема; б — эпюра нагрузок; в, е, и — силовые многоугольники; г, ж, к — веревочные мно- гоугольники; д — эпюра моментов и фиктивная на- грузка; з — суммарная эпюра моментов; I — грунт- песок, =13 кН/м3, ф = 30°, Z.a=0,333; 77—то же, у= =20 кН/м3, ф=30°, Ла=0,333; III — то же, у=10 кН/м3, Ф=28°, 2ьа=0,361, /С = 0,5; IV — то же, у = 10 кН/м3, <р=28°, грд=2,77, К=2,2 Для полученной системы сил строим силовой (рис. 16.16, в) и веревочный (рис. 16.16, г) многоуголь- ники и проводим ломаную замыкающую веревочного многоугольника. Направление замыкающей отыски- ваем, следующим образом: первый луч веревочного многоугольника продлеваем до пересечения с горизон- тальной линией, проходящей через верхнее анкерное закрепление (опора Л); далее направление ломаной замыкающей задаем двумя прямыми, одна из кото- рых проходит на участке между опорами А и В, а другая на участке от опоры В до точки С — точки приложения силы Е^ . Положение этих прямых мож- но принять таким, чтобы ординаты эпюры моментов на опоре В <1Jq) и в нижней части стенки (у1 и уг) были равны между собой. Принимал полученную эпюру за фиктивную на- грузку (рис. 16.16, д'), строим упругую ось стенки, от- вечающую выбранному положению замыкающей. Для этого вычисляем фиктивные силы Of (табл. 16.12), строим силовой многоугольник (рис. 16.16, е) и по нему веревочный многоугольник (рис. 16.16, ж), кото- рый представляет собой эпюру деформаций. Замыкающую эпюры деформаций проводим через точки пересечения ее Л и В с направляющими анке- ров (рис. 16.16, ж), что соответствует условию отсут- ствия смещений точек закрепления анкеров. Прове- денная таким образом замыкающая должна соответ- ствовать также условию наличия защемления в ниж- нем конце, для чего она должна касаться веревочной кривой (упругой оси) на уровне последней силы эпю- ры фиктивных сил. - ‘ • Так как последнее условие не соблюдается, вво
392 Глава 16. Проектирование сооружений по способу «стена в грунте» ТАБЛИЦА 16.12. ЗНАЧЕНИЯ ФИКТИВНЫХ СИЛ Qt Номер силы Расчет Qf, кН I 0,5-0,5-20 50 II 0,5 (20+40) 0,8 24 III 0,5 (40+90) 1,0 65 IV 0,5 (90+160) 0,9 112,5 V 0,5-160-0,95 76 VI 0,5 [(0,15-20+(20+120) 1,0)] 71,5 VII 0,5 (120+160) 1,0 140 VIII 0,5 (160+120) 1,0 140 IX 0,5-120-1,1 66 X 0,5-90-0,8 36 XI 0,5 (90+150) 1,1 132 XII 0,5 (150+115) 1,0 132,5 XIII 0,5-115-0,6 34, Ь дим поправки в положение замыкающей. Для этого строим эпюру моментов с ординатами на уров- ню нца не нижнего анкера и ДА! с на уровне нижнего стенки (см. рис. 16.16, д), причем: 6Г), ДА1С (SR -23 )= h„ (4йх 4- ft2) в с эпюры деформаций от замыкающей АВ на уровне точки С (знак S и S принимается отрицательным при отклонениях в сторону засыпки и положительным при противоположном направлении отклонений). Соединяя точки А, В', С', получаем новое поло- жение замыкающей АВ'С. Пересечение этой замыка- ющей с веревочной кривой в тогке D' определяет точку приложения силы Е . Принимая новую эпюру моментов за нагрузку (см. рис. 16.16, д), строим упругую ось стенки. Для этого вычисляем фиктивные силы Q (табл. 16.13). Строим вновь силовой многоугольник (рис. 16.16, «) и веревочный многоугольник (рис, 16.16, к}. Замыка- ющая эпюры деформаций (веревочного многоугольни- ка), проведенная через точки пересечения ее А и В с направлениями анкеров, касается веревочной кривой (упругой оси) на уровне последней силы эпюры фи- ктивных сил. Поправки внесены правильно. Условие защемления в нижнем конце соблюдается. Для определения величин усилий в анкерах /V и N новое положение замыкающей. АВ'С проводим В на веревочном многоугольнике (см. рис. 16.16, г), для чего вычисляем добавочные ординаты Ду и Ду п в с на уровне точки В (нижний анкер) по формулам: Дув = Д7ИВ /п = 25/100 = 0,25 м; Ду„ = ДЛ4_/П = 59/100 = 0,59 м, С С 1 6-100 { — 11,3 — 2-0,75) = — 25 кН; 8,4 (4-11,2 — 8,4) 6П2 (а , 2/г, -----------------------— 5 -р- ----- /гг (4/i! — h2) \ с ° h„ 6-100 ЕМ, 2-11.3 \ 0,75 —11,3... =59 кН, 8,4(4-11,2 — 8,4) к 8,4 ) где щ — полюсное расстояние многоугольника фик- тивных сил (см. рис. 16.16, е); й, — расстояние от верхнего анкера до точки С; hi — расстояние от ниж- него анкера до точки С; $—отклонение последнего луча эпюры деформаций, измеренное на уровне ниж- него анкера в масштабе длины; S — отклонение где Т]1 — полюсное расстояние многоугольника сил (см. рис. 16.16, в). Реакции в анкерах отсекаем в многоугольнике сил (см. рис. 16.16. в) лучами, соответствующими по- ложению замыкающей АВ'С'. Необходимая глубина забивки стенки h = h0 -f- Д/z, где При этом е , af ДЛ = ё'f2e"' Р af вычисляется с учетом трения грунта о стенку по формуле = <7„ (К К . —- А. ), а/ Е \ ph а) ТАБЛИЦА 16.13. ЗНАЧЕНИЯ ФИКТИВНЫХ сил q' I Номер силы Расчет Qf ,кН 1' 0,5-0,5-20 5 II' 0,5 (20+47,4) 0,8 27 HI' 0,5 (47,4+106,7) 1,0 77,1 IV' 0,5 (106,7+185) 0,9 131,3 V' 0,5-1,1-185 102 VI' 0,5-1,05-115 60 . VII' 0,5 (.115+165) 1,0 140 VIII' 0,5 (165+140) 1,0 152,5 IX' 0,5-1,4-140 98 X' 0,5-0,5-50 12,5 XI' 0,5 (50+105) 1,1 85,3 XII' 0,5 (105+60) 1,0 7,5 хин 0,5-0,25-60 7,5 где qc.=’2y hj-q— вертикальная нагрузка на уров- г i не точки приложения силы Е на глубине Во: qp =18-2,5-Ь 20-2-1-10-7,8-|-40 = 203 кПа. Теперь можно определить 9. Е 2qE^'Kph^ 200 =-----—---------------.— =0,48 м; 2-203 (0,5-2,77 — 0,361) здесь по табл. 16.9 Х'=0,5 при <р=28° Тогда глубина заделки стенки будет: й=4,8+0,48= = 5,28 м. Расчетный изгибающий момент определяем по максимальной ординате суммарной эпюры моментов (рис. 16.16, з). По определенным М , N . и NB max 4 подбираем арматуру согласно нормативным докумен- там. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1.' Зубков В. М-, Перлей Е. М., Раюк В. Ф. и др. Подземные сооружения, возводимые способом «сте- на в грунте», —Л.: Стройиздат, 1977. — 200 с. а. Смородинов М. И., Федоров Б. С. Устройство фундаментов и конструкций способом «стена в грун- , те», — М..: Стройиздат, 1976. — 128 с. 3. Руководство по применению глинистых и там- понажных растворов при строительстве способом «стена в грунте». —М., 1977. — 36 с. 4. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции. СНиП 11-21-75. — М.; Стройиздат, 1976. 5. Строительные нормы и правила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83 —М.: Строй- издат, 1985. 6. Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты. СНиП 3.02.01-83.—М.: Стройиздат, 1983. 7. Строительные нормы и правила. Бетонные и железобетонные конструкции монолитные. СНиП Ш-15-76.—М., Стройиздат, 1977,
Глава 17. АНКЕРЫ В ГРУНТЕ 17.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Для восприятия внешних выдергивающих усилий при возведении различных сооружений и строительных конструкций применяют за- глубленные в грунт анкерные устройства, раз- личающиеся по конструкции, технологии изго- товления и применяемым материалам. К чис- лу этих устройств относятся забивные, буро- вые, винтовые, механические, железобетонные, металлические, деревянные и др: В настоящей главе рассмотрены только инъекционные предварительно напряженные анкеры, которые приобретают в промышленном и гражданском строительстве все больший Рис. 17.1. Применение анкерных устройств удельный вес в тех случаях, когда возникает необходимость выполнения крупных строи- тельных работ «нулевого» цикла, требующих устройства глубоких котлованов в непосредст- венной близости от существующих зданий или в стесненных условиях промышленных и го- родских территорий при реконструкции зда- ний и сооружений. На рис. 17.1 показано при- менение инъекционных анкеров в строитель- ной практике. 17.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ Инъекционный предварительно напряжен- ный анкер (далее — анкер) представляет собой устройство, один конец которого закрепляется в грунте путем инъецирования твердеющего
394 Глава, 17. Анкеры в грунте раствора, а другой после предварительного на- пряжения фиксируется на удерживаемом со- оружении. Анкеры подразделяются на две категории в зависимости от их конечного назначения: временные анкеры, удерживающие какое- либо сооружение (временное или постоянное) определенное время и становящиеся ненужны- ми после проведения соответствующей стадии строительных работ; постоянные анкеры, являющиеся состав- ной частью конструкции и обеспечивающие устойчивость капитального сооружения в тече- ние длительного времени, предусмотренного проектом. Конструктивно анкеры состоят из оголов- ка, анкерной тяги и анкерной заделки. Оголо- вок— часть анкера, обеспечивающая натяже- ние анкера и удержание анкеруемого соору- жения от смещения. Анкерная тяга — на- прягаемый элемент анкера, передающий выдергивающее усилие от анкеруемого соору- жения в анкерную заделку. Анкерная задел- ка— часть анкера, обеспечивающая передачу выдергивающего усилия от сооружения окру- жающему грунту. В зависимости от способа связи анкерной тяги с окружающим грунтом существуют два основных типа анкерной заделки (рис. 17.9). жающий грунт опорной трубы, нижний конец которой соединен с анкерной тягой. Здесь вы-, дергивающее усилие передается окружающему грунту от нижнего конца опорной трубы через (рис. 17.3,6). Анкерную тягу запрессовывают В/Ц = 0,25 ч- 0,35 [3]. Во временных анкерах применяют анкер- ную заделку первого типа (рис. 17.3, а), кото- рая имеет сравнительно простую конструкцию и несложную защиту от коррозии—покрытие анкерной тяги цементным камнем. В отдельных случаях анкерную заделку первого типа используют и для постоянных анкеров, выполняя ее следующим образом (рис. 17.3,6). Анкерную тягу запрессовывают цементным раствором в ребристую полиэтиле- новую оболочку и располагают в цементном ядре зоны заделки. Хотя при передаче выдер- гивающего усилия в цементе'и образуются тре- щины, присущие анкерной заделке первого типа, ребристая полиэтиленовая оболочка обеспечивает анкерной тяге достаточную за- щиту от коррозии. В постоянных анкерах применяют анкер- ную заделку второго типа, где выдергивающее усилие, передаваемое окружающему грунту, сжимает цементное ядро, которое защищает от коррозии стальную опорную трубу (рис. 17.3, в). Анкерная заделка первого типа выполняется в виде цементного ядра, которое связывает ан- керную тягу с окружающим грунтом. При пе- редаче выдергивающего усилия грунту цемент- ное ядро подвергается растяжению (см. рис. 17.2, а), что вызывает появление в нем радиаль- ных трещин. Анкерная заделка второго типа выполняется в виде зацементированной а окру- Рис. 17.2. Распределение напряжений в анкере а — анкерная заделка первого типа; б — то же, вто- рого типа: 1 — сцепление, цементного ядра с окру- жающим грунтом; 2 — напряжения в цементном яд- ре; 3 — напряжения в анкерной тяге В качестве напрягаемого элемента в анке- рах используют одиночные арматурные стерж- ни, пучки из отдельных проволок и пучки из
17.2. Конструктивные решения 3W семипроволочных прядей. Несущая способность анкеров в виде одиночных стержней ограниче- на сечением и классом стержневой арматуры, выпускаемой промышленностью. Применение в анкерах высокопрочной арматурной проволо- ки и семипроволочных прядей позволяет под- Рис. 17.3. Конструктивные решения анкерной заделки а — первого типа для временных анкеров; б — то же, для постоянных анкеров; в — второго типа для по- стоянных анкеров; 1 — буровая скважина; 2 — защит- ная оболочка; 3 — анкерная тяга- 4 — цементное яд- ро; 5—центратор; 6—ребристая полиэтиленовая обо- лочка; 7 — цементный камень; 8 — стальная опорная труба; 9 — мастика для защиты от коррозии бирать сечение анкерной тяги, близкое к рас- четному, и использовать анкеры в широком диапазоне нагрузок. Число проволок или пря- дей в пучке подбирают исходя из условия сим- метричного их расположения относительно оси анкера. Оголовок анкера из стержневой арматуры представляет собой шпильку с резьбой, упор- ную полусферу и гайку, которые равнопрочны анкерной тяге. Шпильку к анкерной тяге при- варивают ванным способом. Упорная полусфе- ра образует шарнир с полусферической опор- ной плитой, закрепленной на анкеруемом со- оружении. Оголовок анкера из высокопрочной прово- локи или арматурных прядей выполняют в виде конусной обоймы и запрессовывающего конуса с пазами для размещения арматурного пучка. Обойма и конус обычно используются при пред- варительном натяжении железобетонных кон- струкций. При устройстве анкеров применяют мате- риалы, соответствующие требованиям государ- ственных стандартов или технических условий, утвержденных в установленном порядке. Для создания высококачественной зоны за- делки в анкерах применяют цементный рас- твор, приготовленный из портландцемента марки М.400 и выше, воды и пластифицирую- щих добавок. В качестве пластифицирующих добавок применяют СДБ или мылонафт. СДБ вводят в количестве 0,2 % сухого вещества от массы цемента, а мылонафт — 0,12—0,15 %. Цементный раствор должен обладать опти- мальной вязкостью, минимальным водоотделе- нием и защищать от коррозии анкерную тягу. Оптимальная вязкость определяется в процес- се опытных работ и достигается для песчаных грунтов при водоцементном отношении В/Ц— = 0,4 ч-0,6, а для глинистых грунтов — при В/Д=0,25-ь0,35 [3]. Арматурные стали выбирают в зависимо- сти от конструкции анкера, воспринимаемой нм нагрузки, а также от условий возведения и эксплуатации сооружения. Для анкеров реко- мендуется преимущественно применять высоко- прочную арматурную проволоку классов В-II, Вр-П и арматурные канаты класса К-7, тер- мически упрочненную стержневую арматуру классов Ат-IV и AT-V, горячекатаную стерж- невую арматуру класса А-V. Допускается так- же применять стержневую арматуру: горячека- таную класса A-IV, термически упрочненную класса Ат-IV, упрочненную вытяжкой класса А-Шв, а также новые виды арматуры, осваи» ваемые промышленностью [8]. Для предохранения металла анкерной тя- ги от коррозии его покрывают различными ла- кокрасочными защитными покрытиями и мас- тиками или используют полиэтиленовые и ме- таллические трубы, оклеенную изоляцию, поли- мерные пленки и пр. В качестве противокоррозионных защит- ных покрытий металла на основе лакокрасоч- ных материалов применяют краски: этиноле- вую ЭКЖС-40, эпоксидно-каучуковую ЭДН и эпоксидно-фурфуролацетоновую ЭФАЖС. Противокоррозионные мастики представля- ют собой композиции битума с минеральными наполнителями и полимерными добавками, а также битумно-эпоксидные композиции. Ши- рокое применение имеют битумно-резиновые мастики заводского изготовления МБР-65, МБР-75, МБР-90 и М.БР-100 [1]. Во временных анкерах напрягаемую часть вплоть до зоны заделки защищают лакокра- сочным покрытием в два слоя или надевают полиэтиленовую трубу. В постоянных анкерах сплошное противо- коррозионное лакокрасочное покрытие, нане- сенное иа всю длину анкерной тяги, защищают '
396 Глава 17. Анкеры в грунте от механических повреждений дополнительной полиэтиленовой трубой, а пространство между трубой и анкерной тягой заполняют гермети- ком или мастикой. Во временных анкерах оголовок и высту- пающую часть анкерной тяги покрывают двой- ным слоем краски, с тем чтобы предотвратить воздействие вредных разрушительных агентов. Оголовок постоянного анкера имеет двойную защиту от коррозии — он закрыт колпаком, ко- торый заполнен герметиком или 'мастикой. В качестве примеров можно привести опи- сание инъекционных анкеров, распространен- ных в зарубежных странах. Во Франции фирма «Сиф-Баши» разрабо- тала два типа анкеров: TMS и TMD. В анкерах TMS (рис. 17.4, а) закрепление полиэтиленовой оболочки ТМ в нескальном грунте и заделка арматуры в полиэтиленовую оболочку производятся одновременно. Анкер- ная тяга выполнена в виде отдельного арма- турного стержня, пучка проволок или прядей. Оголовок анкера типовой, используемый при предварительном напряжении железобетона (соответствует применяемой арматуре). По длине свободной части анкера арматура защи- щена толстой полиэтиленовой трубой. В анкер- ной заделке арматура центрируется и защища- ется снаружи ребристой полиэтиленовой обо- лочкой, в которой имеются клапаны, распреде- ленные по всей длине анкерной заделки. Внут- ри разделение свободной части анкера и анкер- ной заделки выполняется уплотнительной пробкой, на которой закрепляются ребристая полиэтиленовая оболочка и защитная труба. Снаружи анкерная заделка отделяется расши- ряющимся устройством цилиндрической фор- мы — пакером, который сообщается с внутрен- ней частью анкерной заделки. Пакер выполнен из ткани, пропускающей воду и задерживаю- щей частицы цемента. Имеются две полиэтиле- новые трубки: одна — для инъецирования це- ментного раствора (доходит до низа анкерной заделки), а другая — для заполнения свобод- ной части анкера противокоррозионной масти- Рис. 17.4. Анкеры фирмы «Сиф-Баши» а — типа TMS; б — типа TMD; /—буровая скважи- на; 2 — защитная труба; 3 — анкерная тяга; 4 — па- кер; 5 —клапан: 6 — центратор; 7 — цементное ядро; 8 — трубка для инъецирования цементного раствора; 9— ребристая, полиэтиленовая оболочка ТМ; 10— пробка; // — оголовок; 12 — защита оголовка; 13 ~ трубка для заполнения свободной части анкера; 14 — стальная труба ТМ; 15 — трубка для заполнения анкерной заделки
17.3. Методы расчета 397 Рис. 17.5. Анкеры фирмы «Бауэр» а—анкер ST-52; б — с ребристой оболочкой; в — с опорной трубой; е — с трубой, работающей на тре- ние; 1 — защитная полиэтиленовая оболочка; 2 — ма- стика для защиты от коррозии; 3 — анкерная тяга; 4 — цементное ядро; 5 — ребристая полиэтиленовая оболочка; 6 — цементный раствор; 7— опорная труба; 8 — труба, работающая на трение кой (доходит до низа свободной части). Анкер полностью собирается в заводских условиях и готовым поставляется на строительную пло- щадку. Заделка анкера TMD (рис. 17,4, б) в грун- те проводится в две фазы: сначала закрепля- ется в нескальном грунте стальная труба, а затем в эту трубу заделывается арматура. Анкер TMD содержит такую же арматуру и имеет тот же оголовок, что и анкер TMS. По длине свободной части арматура защищена толстой поливинилхлоридной трубой. В анкер- ной заделке арматура центрируется и защи- щается снаружи стальной трубой с клапана- ми, распределенными по всей длине зоны за- делки. Труба имеет кольцевые выступы, пред- назначенные . для улучшения анкеровки трубы в скважине-и ' арматуры в трубе. Свободная часть анкера, отделяется от анкерной заделки пакером той же конструкции, что и пакер ан- кера TMS. Западногерманская фирма «Бауэр» разра- ботала и широко применяет в нескальных грунтах анкеры различных типов, показанные на рис. 17.5. 17.3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА Для составления проекта анкерного креп- ления какого-либо сооружения необходимы ис- ходные данные: генеральный план площадки с нанесенны- ми на нем коммуникациями и контурами про- ектируемого сооружения, существующих зда- ний и сооружений, а также отметками их за- ложения; габариты, назначение, класс и эксплуата- ционные нагрузки проектируемого сооружения; конструкции фундаментов и несущих эле- ментов существующих сооружений, а также нагрузки на них; нагрузки на призме обрушения котлована; отчет по инженерно-геологическим изыска- ниям на строительной площадке, который дол- жен содержать геологические разрезы, отра- жающие все грунтовые прослойки и напласто- вания; мощности слоев и их наклон, оценку возможного наличия в грунтах крупных вклю- чений валунов с их качественной характерис- тикой (размер, прочность и др.); физико-меха- нические характеристики грунтов, слагающих толщу строительной площадки; сезонные коле- бания уровня подземных вод; степень агрес- сивности подземных вод и прогноз ее повыше- ния на период эксплуатации анкеров. При проектировании анкеров должны быть обеспечены следующие требования: достаточная несущая способность анкеров для восприятия усилий, действующих на ан- керуемое сооружение; расположение зоны заделки анкера за пре- делами возможной призмы обрушения грунта; тщательная защита анкера от коррозии; надежный контакт между конструкцией анкера и окружающим грунтом в зоне заделки. Кроме того, необходимо учитывать назна- чение анкеров, условия производства работ и продолжительность эксплуатации. Анкеры можно применять в> различных грунтах, за исключением набухающих, проса- дочных и сильносжимаемых грунтов, илов, торфов и глин текучей консистенции. При проектировании анкерных креплений проводят: расчет анкеруемого сооружения на проч- ность методом «упругой линии», изложенным в гл. 16, который определяет равнодействую- щую активного давления Еа грунта на соору- жение, выдергивающее усилие Na в месте крепления анкера и глубину заделки сооруже- ния в грунт ниже дна котлована; проверку общей устойчивости сооружения на сдвиг при скольжении по круглоцилиндри- ческим поверхностям с учетом предваритель- ного расположения анкеров в массиве грунта; определение длины зоны заделки и площа- ди поперечного сечения, исходя из приложен- ной к нему нагрузки, несущей способности грунта основания и материала анкерной тяги.
398 Глава. 17. Анкеры в грунте Рис. 17.6. К определению устойчивости по «глубокой линии скольжения» / — оголовок; 2—анкерная тяга: 3 — зона заделки; 4 — фиктивная анкерная стенка; ,5 — «глубокая линия скольжения» Расчет конструкций анкеров и их основа- ний выполняют по первому предельному со- стоянию с учетом коэффициентов надежности ут==уй = 2,0 для постоянных анкеров и ут — = у«:=1,5 для временных [5]. Оптимальное положение анкера в грунте (рис. 17.6), т. е. угол его наклона со и полную длину 1а, включающую длину свободной части анкера I; и длину зоны заделки 1ь, подбирают при расчете общей устойчивости системы «сте- на—грунт—анкер» на опрокидывание вокруг низа анкеруемого сооружения исходя из усло- вия, что прочность грунтов на сдвиг в системе преодолена и образуется «глубокая линия скольжения» (метод Кранца). За «глубокую линию скольжения» прини- мают прямую между точкой b поворота анке- руемого сооружения и точкой с (подошвой фиктивной анкерной стенки се), проходящую через середину зоны заделки анкера под уг- лом Р к горизонтали. Построенный из условия равновесия за- штрихованной призмы abce силовой много- угольник включает массу т. грунта над «глу- бокой линией скольжения», равнодействующую активного давления Ea грунта на анкеруемое сооружение, силу реакции Fsr массы грунта над «глубокой линией скольжения», несущую способность Fb анкера в зоне заделки и рав- нодействующую активного давления Е грун- та на фиктивную анкерную стенку. Решение силового многоугольника позволяет определить горизонтальную проекцию Fbx несущей способ- ности анкера в зоне заделки, которая приво- дит заштрихованную призму в состояние пре- дельной устойчивости: Рис. 17.7. К расчету по варианту I при |3'>Р,Л где f = 1 /[ctg (ср — Р)] + tg со; m = Vysb + q+q'. (здесь V — объем призмы грунта над «глубокой ли- нией скольжения» между анкеруемым сооружением и фиктивной анкерной стенкой; q' — равномерно рас- пределенная вертикальная пригрузка, учитываемая при подсчете массы грунта в случае |3>ср); ,g = ctg(cp—|3)—tg 6 (где 5—угол трения грунта по по- верхности анкеруемого сооружения); £ах—горизон- тальная проекция равнодействующей активного дав- ления грунта на анкеруемое сооружение; Еах—то же, на фиктивную анкерную стенку,’ Коэффициент устойчивости системы «сте- на—грунт—анкер» на опрокидывание Ks вок- руг низа анкеруемого сооружения определяют из отношения Ks — Fbx/Nах^У gr Устойчивость на опрокидывание много- кратно заанкеренных сооружений проверяют по «глубоким линиям скольжения», соответст- вующим расположению анкеров. Ниже рассматриваются способы; определе- ния устойчивости сооружения для четырех ва- риантов расположения анкеров при двухъярус- ном анкеровании.
17.3. Методы, расчета Рис. 17.8. К расчету по варианту III при р'>Р" Вариант L Верхний анкер короче нижнего и на- ходится в пределах призмы обрушения abfh (рис. 17.7). Угол наклона Р' линии скольжения Ьс больше угла наклона 3" линии скольжения bf. Коэффициент устойчивости по линии скольжения Ьс (см. рис. 17,7, а) определяют по формуле 1\ = д' In' ; иХ (IX коэффициент устойчивости по линии скольжения bf (см. рис. 17.7, 6) оценивают отношением К = f". I(n’ 4- N" V s bx/ ax ax) Вариант II. Верхний анкер длиннее нижнего, но середина его зоны заделки лежит внутри активного клина обрушения нижнего анкера. В этом случае устойчивость по обеим линиям скольжения определя- ют как и для варианта I. Вариант III. Верхний анкер лежит вне пределов активного клина обрушения hfg (рис. 17.8). Угол на- клона 3' линии скольжения Ьс больше угла наклона 3" линии скольжения bf. Здесь коэффициент устойчивости по линии сколь- жения Ьс (см. рис. 17.8, а) составит: К — F'. /(n\ +N" Y s bxf \ ax ax) От шгжнего анкера могут исходить две линии сколь- жения: bf и bfc (см. рис. 17.8, б). Для первой из них фактическое усилие F в зо- не заделки верхнего анкера не влияет на призму об- рушения abfh, поэтому коэффициент устойчивости по линии скольжения bf определяют по формуле /7 Г/ К. =F. /N . s bx ах Коэффициент устойчивости по линии скольжения bfc (см. рис. 17.8, в) составит: Рис. 17.9. К расчету по варианту IV при З'<3" д = If" +n" Y s \ bx 1 •„ Ъх)/ \ ax ax) Вариант IV. Площадка сложена сверху слабыми грунтами, поэтому верхний анкер получается настоль- ко длинным (рис. 17.9), что угол наклона 3' линии скольжения Ьс меньше угла наклона 3/z линии сколь- жения bf. В этом случае коэффициент устойчивости по линии скольжения Ьс (см. рис. 17.9, а) вычисляют по выражению Л' = f' !(м + n" Y s bx / (. ах ах) Коэффициент устойчивости по нижней линз» скольжения bf (см. рис. 17.9, б) определяют по фор- муле к =f./n . ,5 bx ах Устойчивость по линии скольжения hfc- рассматэ ривать нет необходимости, так как устойчивость по прямой bf меяеё благоприятна, чем по ломаной bfc.
4G0 Глава 17. Анкеры в грунте Допускаемое усилие в анкере обусловле- но, с одной стороны, прочностью материала анкерной тяги, а с другой стороны, несущей способностью зоны заделки в грунте. Сечение анкерной тяги рассчитывают обычными мето- дами сопротивления материалов. Несущую способность зоны заделки анке- ра институт Фундаментпроект Минмонтаж- спецстроя СССР рекомендует определять исхо- дя из условий работы зоны заделки на выдер- гивание с учетом сопротивления трения по бо- ковой поверхности и напряженного состояния окружающего грунта, которое зависит от из- быточного давления при инъецировании це- ментного раствора, по формуле Fb = kmpndlbpb tg ср, где k — коэффициент однородности грунта, равный 0,6; m р— коэффициент, учитывающий напряженное состояние окружающего грунта в зависимости от давления при инъецировании (для песков 0,5; для глин различной консистенции 0,4—0,2); d — диаметр скважины, р ь— величина избыточного давления в зоне заделки при инъецировании. ЦНИИС Минтрансстроя СССР рекомен- дует , определять несущую способность зоны заделки анкера из следующих зависимостей: Fb — kndb lb yHb cos 2со sin 2со 4- с tg Ф + где rf ь— диаметр зоны заделки с учетом объема за- качанного раствора; Нь —глубина расположения зо- ны заделки анкера; А. — коэффициент бокового дав- ления грунта; объем закачанного раствора; е — коэффициент пористости грунта. ВНИИГС Минмонтажспецстроя СССР предлагает для определения несущей способ- ности анкеров использовать зависимости, в ос- нове которых лежит методика расчета винто- вых и забивных свай на выдергивающую на- грузку [2, 7]. Изложенные методы определения несущей способности анкеров могут быть использованы только для предварительных расчетов, поэто- му размеры зоны заделки рекомендуется на- значать после проведения испытаний опыт- ных анкеров. При проектировании анкеров рекомендует- ся, используя зарубежный опыт, учитывать сле- дующее: а) для анкеров в несвязных грунтах: технология проходки скуажины для уста- новки анкера не оказывает влияния на его не- сущую способность; с увеличением диаметра зоны заделки бо- лее 10 см несущая способность анкера возрас- тает незначительно, а при увеличении диамет- ра более 15 см практически не возрастает; при определенном виде грунта несущая способность анкера быстро увеличивается по мере повышения плотности грунта; при постоянной плотности грунта несущая способность анкера возрастает с увеличением неоднородности зернового состава грунта; с увеличением длины зоны заделки несу- щая способность анкера возрастает непропор- ционально и при длине зоны заделки более Рис. 17.10. Зависимость предельной нагрузки на ан- кер от длины зоны заделки в несвязных грунтах (ди- аметр цементного ядра 10—15 см) / — гравий с песком; 2 — песок средний и крупный с гравием; 3 — песок мелкий и средней крупности; 4 — песок очень плотный; 5 — песок плотный; 6 — пе- сок средней плотности 6—7 м становится экономически невыгодной (рис. 17.10); б) для анкеров в связных грунтах: отношение средней величины трения по боковой поверхности к общей площади анкера не зависит от диаметра в пределах 9—16 см, т. е. несущая способность анкера возрастает примерно пропорционально диаметру зоны за- делки; трение до 100 кН/м2 по боковой поверхно- сти не зависит от длины зоны заделки, далее с увеличением длины зоны заделки возможно незначительное его уменьшение, но при грубых
17.4. Технология работ 401 расчетах эта величина может быть принята по- стоянной; трение по боковой поверхности возрастает с уменьшением пластичности и увеличением консистенции связных грунтов; трение по боковой поверхности может быть существенно повышено в результате по- вторной инъекции. Расстояние между анкерами в ярусе и чис- ло ярусов определяют исходя из нагрузок, дей- ствующих на ограждение котлована, и корректи- руют после получения результатов испытаний опытных анкеров. При этом возникает вопрос: использовать ли анкеры с более высокой не- сущей способностью и соответственно е боль- шими интервалами между ними или, наоборот, использовать анкеры с меньшей способностью и с меньшими интервалами между ними. Здесь следует иметь в виду, что в первом случае зна- чительно возрастает изгибающий момент и, следовательно, площадь поперечного сечения ограждающей конструкции, а во втором слу- чае увеличивается.число анкеров. В каждом конкретном случае тип анкера, его несущая способность и технология изготов- ления должны рассматриваться совместно с расчетами конструкции котлована, определять- ся технико-экономическим расчетом и прове- ряться опытными работами. 17.4. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТ Работы по изготовлению и устройству ан- керов проводят в соответствии с рабочими чер- тежами и проектом производства работ. При устройстве анкеров выполняют обычно следую- щие процессы: проходку скважины; установку анкера; цементацию зоны заделки; натяжение анкера. Зарубежные фирмы, выполняющие работы по устройству анкеров, применяют каждая соб- ственную технологию, разработанную для со- ответствующей конструкции анкера. Французская фирма «Сиф-Баши» устанав- ливает анкеры типа TMS в таком порядке. Полностью собранный анкер (см. рис. 17.4, а) погружают в скважину, заполненную цемент- ным раствором. После этого внутрь гофриро- ванной трубы ТМ через инъекционную трубку закачивают под небольшим давлением це- ментный раствор, который медленно заполня- ет гофрированную трубу ТМ и покрывает ар- матуру. Поступая в вершину внутренней части анкерной заделки, раствор проникает в пакер, раздувает его и прижимает к стенкам скважи- ны, обеспечивая тем самым наружное отделе- ние зоны заделки от свободной зоны. По мере увеличения давления открываются клапаны, 26—213 расположенные в гофрированной трубе ТМ вдоль зоны заделки, и раствор проникает в затрубное пространство, создавая там требуе- мое избыточное давление. Технология устройства анкеров TMD (см. рис. 17.4, б) содержит следующие опера- ции. В буровую скважину, предварительно за- полненную цементным раствором, погружают соединенные защитную полиэтиленовую трубу и стальную трубу ТМ, имеющую на своей по- верхности пакер и клапаны. Внутрь этих труб помещают инъецирующее устройство, которое состоит из заглушенной с одного конца перфо- рированной трубы, ограниченной по краям ре- зиновыми уплотнителями и соединенной с инъ- екционной трубкой, выходящей на поверх- ность. Это устройство располагают на уровне па- кера, куда медленно закачивают цементный раствор, обеспечивая таким образом наружное разделение зоны заделки и свободной части скважины. Затем инъецирующее устройство располагают напротив каждого клапана сталь- ной трубы и инъецируют цементный раствор в пространстве между трубой и стенками сква- жины. Таким образом, труба оказывается проч- но зацементированной в грунт. После первой инъекции через несколько часов проводится вторая инъекция, и так до тех пор, пока зона заделки будет поглощать цементный раствор без появления разрывов окружающего грунта. После того как труба оказывается закреплен- ной в грунте, ее заполняют на величину анкер- ной заделки цементным раствором требуемой марки или эпоксидной смолой и вставляют ар- матуру анкера для закрепления ее внутри тру- бы. Свободную часть анкера через полиэтиле- новую трубку заполняют материалом, предна- значенным для защиты от коррозии. Фирма «Бауэр» ФРГ для устройства анке- ров собственной конструкции применяет тех- нологию, показанную на рис. 17.11. Фирма «Штумп» ФРГ для устройства по- стоянных анкеров использует следующую тех- нологию (рис. 17.12). Бурят скважину без об- садных труб с промывкой ее водой или бенто- нитовой суспензией. Затем заполняют скважи- ну цементным раствором с вытеснением из нее бентонитовой суспензии. После этого в скважи- ну, заполненную раствором, погружают анкер, имеющий на нижнем конце опорную трубу и резиновый пакер, который отделяет зону за- делки от остальной части скважины. Пакер раскрывают путем закачивания в него сжатого воздуха. По мере расширения пакер перекры- вает пространство между анкерной тягой и стенками скважины, а также создает избыточ-
402 Глава 17. Анкеры в грунте Рис. 17.11. Технология устройства анкеров фирмы «Бауэр» а — проходка скважины с обсадкой трубами; б — ус- тановка анкера; в — инъецирование цементным рас- твором зоны заделки анкера с извлечением обсадных труб; г — предварительное натяжение анкера; д — рабочее состояние анкера; 1 — буровой станок; 2 — анкеруемое сооружение; 3 — обсадная труба; 4 — ко- нусный наконечник; 5 — защитная полиэтиленовая оболочка; 6 — анкерная тяга; 7 — головка для цемен- тации; 8 — цементное ядро; 9 — натяжное устройство; 10 — оголовок ное давление на цементный раствор в зоне за- делки. В Советском Союзе пока нет специально разработанного оборудования для устройства анкеров, но имеется достаточно механизмов, которые можно использовать для этих ра- бот [6]. Скважины под наклонные анкеры можно бурить буровыми станками колонкового и шне- кового вращательного бурения, технические ха- рактеристики которых приведены в табл. 17.1. Кроме буровых станков для проходки .скважин под анкеры могут быть использованы пневмопробойники (табл. 17.2). Конструкция пневмопробойника достаточно проста. В его корпусе находится ударный механизм, удар- ник которого приводится в действие сжатым воздухом от компрессора. Под действием это- го механизма цилиндрическое тело пробойника .перемещается в грунте. Ударный механизм снабжен реверсивным устройством. После до- Рис. 17.12. Технология устройства постоянных анке- ров фирмы «Штумп» а — бурение скважины под бентонитовой суспензией; б — заполнение скважины цементным раствором; в — установка анкера; г — анкер, готовый к натяжению; 1 — бентонитовая суспензия; 2 — буровой инструмент; 3 — инъекционная трубка; 4 — цементный раствор; 5 — пакер фирмы «Штумп»; 6 — опорная труба; 7 — анкерная тяга; 8 — защитная полиэтиленовая обо- лочка стижения пневмопробойником необходимой глубины проходки это устройство переключа- ют на другую схему подачи сжатого воздуха для движения снаряда в обратном направле- нии и таким образом извлекают его из сква- жины. Применение для проходки скважин пнев- мопробойников вместо буровых установок поз- воляет исключить такие дорогостоящие и тру- доемкие операции, как крепление скважин об- садными трубами и их извлечение, и тем са- мым повысить эффективность анкерного крепления в целом. Однако успешное приме- нение пневмопробойников ограничивается грунтами естественной влажности. При про- ходке скважин в переувлажненных глинистых грунтах и водонасыщенных песках, когда пнев- мопробойник не имеет для своего движения до- статочного сцепления с грунтом или скважина после проходки пневмопробойником затягива- ется грунтом, могут возникнуть значительные осложнения. В этих случаях пневмопробойник чаще всего остается в грунте, так как вернуть
17.4. Технология работ 403 ТАБЛИЦА 17.1. БУРОВЫЕ СТАНКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ Марка станка 8 СО § И <У Й5 Параметры g S о о £ э_ 8 СБА-5 СБА-81 УКБ-2 БСК-2. СВБ-2 УЛБ-1 (шнек) Глубина бурения, м ... 500 800 300 100 25 До 130 Диаметр бурения, мм .... Угол наклона скважин к гоои- 141 151 . 132 93 150 200 зонтальной поверхности, град . 0—360 45—90 0—360 0—360 60—90 10 Диаметр бурильных труб, мм . Внутренний диаметр шпинделя, 33,5; 42; 50 42; 50; 63,5 42; 50 33,5; 42 —. ММ Максимальная грузоподъемная сила цилиндров. гидропривода. 52 65 — 46 •*— кН 60 87 40 12 —- «fin, Ход шпинделя, мм Частота вращения шпинделя, 400 500 500 450 — 900 —1 мин , . Мощность электродвигателя, 104—1015 130—800 110—815 300—600 —— 5—165 кВт 32 60 30 — — t~= Тип бурового насоса ..... Габариты станка, мм: ГРИ-16/40 ГРИ-16/40 НБ-И 2НБ-79 — — длина 1670 2150 2290 1710 — 2500 ширина ......... ИЗО 1100 890 710 — 1000 высота . . 1620 1890 1485 1400 — 1450 Масса станка, кг ...... . 1112 1970 1115 480 1000 4000 ТАБЛИЦА 17.2. ПНЕВМОПРОБОЙНИКИ Параметры Марка пневмопробойника ИП-4601 ИП-4603 ПР-400 Диаметр пробива- емых скважин, мм: без расшири- теля . . . . 95 130 152 с расширите- лем 160 200 и 300 400 Средняя скорость пробивания сква- жин (без расши- рителя) м/ч . . 1—50 10—80 40 Энеогия единич- ного удара при прямом ходе, Дж 8 20 60 Номинальное дав- ление сжатого воздуха, МПа . 0,6 0,6—0,7 0,6 Расход сжатого воздуха, м3/мин 4 3,5 6 Внутренний диа- метр воздухопод- воцящих шлан- гов, мм .... 25 25 25 Длина пневмопро- бойника, мм . . 1500 1550 1880 Масса .пневмопро- бойника (без рас- ширителя и шлан- гов), кг ... . 55 80 140 ТАБЛИЦА 17.3. РАСТВОРОСМЕСИТЕЛИ Марка растворосмесители Параметры ю СТ) Г*4 со <— см со I"-- со см см б б б б б б Объем готового замеса, л . . . 30 65 65 65 125 250 Вместимость сме- сительного бара- бана по загрузке, л 40 80 80 80 150 325 Частота вращения лопаточного вала, мин 1 46 31 31 31 31,2 25 Мощность элект- родвигателя, кВт 1 1,7 1,5 2,2 2,8 4,5 Частота вращения валj электродви- —1 гателя, мин 1410 930 950 2200 1400 1400 Средняя произво- дительность по готовому раство- ру, м3/ч .... Габарита, мм; длина .... 1 1,5 1,5 1,5 2,5 5 1240 2895 1860 2975 1340 1775 ширина , . . 845 730 725 730 1495 2180 высота „ « . 540 1115 1105 1105 1690 2140 Масса, кг . . . 75 325 210 360 840 1430 его по скважине обратно практически невоз- можно. Для устройства скважин в таких грунтах рекомендуется применять трубы с ко- ническим наконечником, используя при этом пневмопробойник снаружи как ударный узел. Для приготовления инъекционных раство- ров используются различного рода передвиж- ные растворосмесители, характеристики кото- рых приведены в табл, 17.3. 26* При производстве работ по нагнетанию це- ментно-песчаных растворов в пробуренные скважины рекомендуется использовать диаф- рагмовые насосы различной производительно- сти (табл. 17.4). Предварительное натяжение анкеров про- изводится для предотвращения или максималь- ного ограничения перемещений анкеруемой конструкции. Операции натяжения анкерных
404 Глава 17. Анкеры в грунте ТАБЛИЦА 17.4. РАСТВОРОНАСОСЫ Марка растворонасоса Параметры РН-1 С-210А С-211 С-211А С-232 С-251 С-256 С-263 С-317 ПНК-Ю Производительность, м3/ч 6 6 3 3 6 1 2 3 6 До 4 Рабочее давление, МПа . . 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Диаметр ' выходного стия, мм отвер- 65 65 65 65 65 38 50 50 65 — Мощность электродвигателя, кВт . ......... 7 7 3,7 3,5 7 1,7 2,2 © 2,2 7 3,5 Вместимость бункера, л » - 120 120 120 120 120 120 120 120 120 — Дальность подачи раствора, м; 125 125 125 125 125 75 100 100 125 по горизонтали . а о • 40 40 40 40 40 25 35 35 40 » вертикали , в ° Габариты, мм: ДЛИНЭ «а « з а , с . 2950 2870 2015 2080 2000 1240 1240 1240 1200 1400 ширина « * * » о с ИЗО 900 830 800 800 445 445 445 560 . 1050 высота в ® в и ъ о о 1450 1300 1200 1300 1300 760 760 760 1000 535 Масса, кг: 1 растворонасоса со» 1450 1120 800 750 750 180 180 180 400 535 растворопровода . О О • 450 450 300 300 300 20 •— 130 250 1 ТАБЛИЦА 17.S. ДОМКРАТЫ ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ АНКЕРОВ Параметры Марка домкрата 6280С ДС-63-315 ДП-63-315 4С-30-200 СМ-537 Максимальное тяговое усилие, кН 1000 630 630 300 500 Ход поршня, мм ........ 150 315 315 200 150 Диаметр натягиваемой арматуры, 16—40 28—40 5—7 20—28 16-42 Масса» КГ ааявысссе»* — 84 82 31 69 Арматура, рекомендуемая для на- тяжения , о - « о , » • □ . Стержневая прядевая Проволочная Стержневая тяг можно выполнить с использованием отече- ственных домкратов (табл. 17.5). При устройстве анкеров проводят проб- ные, контрольные и приемочные испытания [4]. Пробные испытания проводят на опытной площадке проектируемого сооружения для оп- ределения приемлемости выбранного типа и конструкции анкера, уточнения технологии устройства анкера и его несущей способности по грунту. Испытанию подвергают 3—5 анке- ров для каждого слоя грунтового основания, в котором предполагается устройство заделки анкера. При контрольных испытаниях определяют соответствие фактической несущей способности рабочих анкеров расчетной нагрузке, заложен- ной в проекте. Число контрольных испытаний определяется проектом и должно составлять не менее 10 % общего числа устанавливаемых анкеров. Пробные и контрольные испытания про- водят статическими ступенчато возрастающи- ми выдергивающими нагрузками. Первая сту- пень нагрузки составляет, как правило, 0,1 ис- пытательной нагрузки Na, определенной проек- том. Последующие ступени возрастают на 0,1 испытательной нагрузки. Причем на каждой ступени через интервал времени t, равный 1; 3; 5; 7,5; 10,5; 15; 21; 42 и 60 мин, измеряют пе- ремещение На оголовка анкера с точностью 0,01 мм. После выдержки на испытательной на- грузке производится разгрузка до рабочей на- грузки с последующим закреплением анкера на сооружении. По результатам испытаний строят графи- ки Ua — f(Na); Ua — f(t); &Ua]\gt — f(Na), ПО
17.4. Технология работ 405 которым определяют критическую нагрузку. Если отношение испытательной нагрузки к критической в контрольных- испытаниях будет равно (или меньше) отношению аналогичных нагрузок, определенных в проекте на основа- нии пробных испытаний, то анкер считается пригодным к эксплуатации. При приемочных испытаниях определяют пригодность анкера к работе в сооружении. Эти испытания проводят путем бесступенчато- го нагружения выдергивающей нагрузкой до величины испытательной нагрузки. После вы- держки на испытательной нагрузке в течение 60 мин с фиксацией перемещений оголовка ан- кера в указанные ранее интервалы времени, производят разгружение до рабочей нагрузки с последующим закреплением анкера на соору- жении. По результатам испытаний строят график ua — f(t) на последней ступени. Анкер считается пригодным к эксплуата- ции, если при выдержке времени на испыта- тельной нагрузке разность деформаций в ин- тервалах времени остается одинаковой или уменьшается. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Вишневский П. Ф. Современны- методы анкер- ного крепления в строительстве. — М.: Ьоениздат, 1981. — 246 с. 2. Зубков В. М., Перлей Е. М., Ракш В. Ф. и др. Подземные сооружения, возводимые способом «сте- на в грунте». —Л.: Стройиздат, 1977. — 200 с. 3. Методические рекомендации по расчету и тех- нологии сооружения анкерных удерживающих конст- рукций. — М., 1981. — 41 с. 4. Рекомендации по технологии устройства вре- лгеиры.ч анкеров в нескальных грунтах. — М., 1980. — 30 с. 5. Рекомендации по проектированию и устройству анкеров в нескальных грунтах.—М., 1977.— 33 с. 6. Смородинов М. И., Федоров Б. С. Устройство фундаментов и конструкций способом «стена в грун- те». — М.: Стройиздат, 1976. — 123 с. 7. Строительные нормы и правила. Свайные фун- даменты. СНиП 11-17-77. — М.: Стройиздат, 1978. 8. Строительные нормы и правила. Бетонные и же- лезобетонные конструкции. СНиП 11-21-75, М,: Строй- пздат, 1976.
Глава 18. УКРЕПЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ И УСИЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТОВ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ 18.1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Укрепление оснований зданий и сооруже- ний делается в следующих случаях: при ослаблении основания в процессе экс- плуатации здания (сооружения), в результате чего появляются недопустимые осадки или про- гибы в элементах здания; при реконструкции здания (сооружения) с существенным увеличением массы здания или полезных нагрузок на здание; при разработке котлованов или траншей в непосредственной близости от существующего здания (сооружения); при возведении рядом с существующим зданием нового здания, создающего дополни- тельную нагрузку на основание существую- щего. Фундаменты укрепляют (усиливают) в та- ких случаях: при снижении прочности материала фун- дамента за время эксплуатации здания (со- оружения) ; при реконструкции здания с существенным увеличением массы здания или при замене ста- рого технологического оборудования новым, создающим увеличение нагрузок на здание; при появлении трещин в здании (сооруже- нии) в результате неравномерных деформаций основания; при выравнивании сооружений в связи с их креном. Могут быть и другие причины, обусловли- вающие необходимость укрепления (усиления) фундаментов (строительство метро, подземные работы) [2, 11]. В большинстве случаев ‘о необходимости укрепления оснований или фундаментов свиде- тельствуют внешние повреждения здания или сооружения, определяемые визуально. Трещи- ны на стенах, окнах, перекосы и заклинива- ния дверей и окон в зданиях являются харак- терными признаками, свидетельствующими о том, что здание испытывает деформации и что надо установить систематические наблюдения за зданием. У промышленных зданий бывают и другие признаки, свидетельствующие о недо- пустимых деформациях. Вследствие каркасной конструкции и больших пролетов между ко- лоннами такие здания бывают иногда менее чувствительны к неравномерным деформациям, чем высокоточное оборудование, находящееся в зданиях (например, ускорители, прокатные станы, мостовые краны, прецизионные прибо- ры). У некоторых зданий складского типа слу- чаются аварии из-за потери основанием устой- чивости ввиду больших горизонтальных нагру- зок, возникающих от односторонней пригрузки основания (например, склады руды, строймате- риалов и т. п.). У высотных сооружений типа башен и труб характерным видом деформаций является крен. Нередко крены наблюдаются у таких распространенных сооружений, как си- лосные башни, колокольни, минареты [4]. При проектировании укрепления основа- ний и усиления фундаментов следует сначала проанализировать характер деформаций зда- ния и в зависимости от этого направить вни- мание на изучение возможных причин дефор- маций. К апробированным методам укрепления оснований, а также защиты от ослабления грунтов оснований относятся цементация, си- ликатизация, смолизация, дренаж, противо- фильтрационные завесы, пригрузки, подпор- ные стены. Основные методы усиления фундаментов: защита материала фундамента от выветрива- ния, укрепление фундамента для повышения его прочности, углубление фундамента, увели- чение опорной площади, подведение свай, вы- правление деформаций. 18.2 . ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Исходные данные включают в себя сле- дующее: материалы обследования здания или со- оружения и, в частности, фундаментов; инженерно-геологические и топографиче- ские материалы по площадке; общие чертежи существующего здания; исполнительные чертежи фундаментов; данные о нагрузках на фундаменты (ис- ходя из нормативных документов); материалы геодезических наблюдений; намечаемые решения по реконструкции надфундаментной части здания; данные о предельных деформациях фунда- ментов (исходя из эксплуатационных условий и требований). Материалы обследования старых, повреж- денных деформациями зданий должны быть подробными и содержать сведения о прочно- сти материала фундаментов и о наличии в них трещин, зарисовки и замеры трещин, описа- ния грунта в подошве фундаментов. Эти дан- ные должны быть получены на основании про- ходки шурфов в характерных местах около фундаментов. В материалах обследования еле-
18.3. Укрепление оснований существующих зданий 407 дует излагать возможные причины деформа- ции здания и давать информацию о повреж- дениях его надфундаментных конструкций. Рекомендуется приводить в качестве иллюст- раций фотографии, схемы и чертежи с поясне- ниями. Инженерно-геологические материалы долж- ны содержать не только сведения, послужив- шие основой при проектировании здания, но и современные данные об изменениях в грунто- вых и гидрогеологических условиях, которые произошли в результате обжатия основания, выполнявшихся работ, утечек воды и других жидкостей и пр. В этих материалах следует да- вать прогноз изменений условий и физико-ме- ханических характеристик грунтов. Топографи- ческие материалы должны быть достаточными для проектирования укрепительных работ и составления проекта производства работ. Мас- штаб плана площадки здания должен быть не менее чем I ; 500 с сечением горизонталей че- рез 0,5 м. В некоторых случаях (рассмотрение устойчивости склонов, берегов рек, оврагов) требуются обзорные топографические матери- алы масштаба 1 : 1 000—1 : 2000 и менее. Общие чертежи существующего здания должны содержать и технологические сведе- ния, которые имеют значение для анализа при- чин деформаций здания и для принятия реше- ния о реконструкции здания, в частности для выбора решения по усилению фундаментов. Одно из важных условий, которое следует ого- ворить в задании на проект усиления — это возможность остановки производства на пери- од работ. Исполнительные чертежи фундаментов — необходимый материал как при проектирова- нии реконструкции здания, так и для усиления фундаментов. Если в архивах исполнительные чертежи отсутствуют, то их следует составить в период обследования и обмера фундаментов. Для этого фундаменты частично откапывают так, чтобы не создалась опасность для дефор- мации здания. На полную глубину фундамен- ты откапывают только в шурфах. Материалы геодезических наблюдений не- обходимы для анализа деформаций поврежден- ных зданий. Такие наблюдения ведутся визу- ально и с помощью геодезических инструмен- тов. Инструментальные наблюдения выполня- ются по программам, учитывающим особенно- сти объекта. Описание методов наблюдений при проектировании реставрации памятников истории и архитектуры дано в литературе [4]. Намечаемые решения по реконструкции надфундаментной части здания используются при проектировании усиления фундаментов и укрепления оснований, Для этих же целей ис- пользуются и данные о предельных деформа- циях зданий, соответствующих пределу экс- плуатационной пригодности конструкций по технологическим и архитектурным требова- ниям. При сборе исходных данных для проекти- рования рекомендуется учитывать возможно- сти строительной организации, которой будет поручено выполнение работ. 18.3 . УКРЕПЛЕНИЕ ОСНОВАНИИ СУЩЕСТВУЮЩИХ ЗДАНИИ 18.3.1 . Цементация Для укрепления песчаных, песчано-граве- листых и выветрелых скальных грунтов при- меняется цементация. Для существующих зданий надобность в укреплении таких грун- тов возникает не часто. Известные случаи от- носятся к условиям, когда из указанных грун- тов под влиянием длительной фильтрации по- степенно выносились мелкие частицы, создавая разуплотненное основание [8]. Материалами для цементации служат це- мент, вода и добавки в виде песка, супеси, ка- менной муки, глины, искусственных химических веществ. Цемент и вода — главные активные составляющие. Песок и каменная мука добав- ляются для экономии цемента, особенно в тех случаях, когда требуются большие количества цементирующего раствора. Супесь и суглинок снижают прочность получаемого после тверде- ния камня, но повышают водоудерживающую способность раствора, — такие растворы мало подвержены расслоению. Особенно способст- вуют стабилизации раствора бентонитовые глины, которые придают раствору качества, благоприятные для закачивания раствора в по- ры и трещины грунта. Применение химических веществ связано с ускорением или замедленн- ей схватывания цементного раствора. Так, до- бавка хлористого кальция или жидкого стек- ла в количестве 1—2 % уменьшает срок схва- тывания в 1,5—2 раза. Ускорители схватыва- ния действуют только в густых растворах (В/Д=0,4). В жидких растворах (ВЩ — =5-ь-10) действие ускорителей сказывается слабо, так как большая часть ускорителя оста- ется в воде, которая удаляется. Действие уско- рителей надо обязательно испытывать в лабо- ратории, без этого применение их недопустимо, Оборудование для бурения скважин при- меняют то же самое, что и для силикатизации или смолизации грунтов. Верхнюю часть сква- жин, лежащую в нецементируемой зоне, бурят увеличенным диаметром и полностью залива- ют цементным раствором. После схватывания
408 Глава 18. Укрепление оснований и усиление фундаментов сооружений цемента скважину бурят вновь через цемент- ный столб, который затем играет. роль тампо- на, поскольку нагнетание производится с дав- лением в несколько атмосфер. Если необходи- мо зацементировать грунты, лежащие очень близко к поверхности, то следует предусмот- реть укладку на поверхности в зоне скважин пригрузочного слоя бетона, который уклады- вают после бурения скважин и после того, как в скважины вставлены трубки для инъекции. Для цементации используют растворонасосы. Диаметр трубок-инъекторов составляет 25— 100 мм. При небольшой глубине цементации, когда нагнетание ведется в один прием на всю зону цементации, применяют трубки малого диаметра. При глубине цементации более 6— 8 м цементацию ведут нисходящими зонами. В этом случае нужно многократно бурить в каждом месте скважину, углубляя ее через ранее зацементированную часть скважины. Радиусы закрепления грунта вокруг сква- жин, давление нагнетания, расход цементного раствора, прочность зацементированного грун- та устанавливают в процессе опытных работ с учетом того, чтобы добиться получения требуе- мого закрепления с минимальными затратами материалов и труда. При нагнетании растворов в грунт для укрепления оснований существующих зданий следует обращать внимание на соблюдение техники безопасности, поскольку нагнетание производится под большим давлением, при ко- тором возможны разрывы соединений трубо- проводов и шлангов. Кроме того, при нагнета- нии растворов (до их схватывания) могут соз- даваться дополнительные давления на ограж- дающие конструкции подвалов [1]. 18.3.2 . Дренаж и противофильтрационные завесы Для укрепления основания или защиты его от ослабления на объектах, где в процессе эксплуатации происходит повышение уровня подземных вод, применяют дренаж. Опыт эксплуатации крупных предприятий, особенно в металлургической и химической про- мышленности, показывает, что на промышлен- ных площадках, как правило, уровень верхне- го водоносного горизонта повышается, а так как глинистые грунты снижают свои прочност- ные и деформационные свойства при увлажне- нии, то возникают дополнительные осадки, кре- ны и пр. Чтобы защитить здания и сооруже- ния от развития недопустимых деформаций, в. числе защитных мероприятий следует рас- сматривать и вариант дренажа промышленной площадки. При выборе решения дренажа площадки эксплуатируемого ©бъекта следует учитывать условия создания всех элементов этого дрена- жа. В первую очередь необходимо упорядочить все системы канализации (дождевой, произ- водственной, бытовой) и системы водоснабже- ния, поскольку от этих систем часто зависит повышение уровня подземных вод. Из применяемых систем дренажа, как пра- вило, исключаются пластовый и горизонталь- ный трубчатый дренажи, устанавливаемые в открытых траншеях, так как для действующих объектов это обычно связано с нарушением многих сооружений, устройств, а также нор- мального режима работы объекта. Вертикальный дренаж не требует много места для его размещения и отличается манев- ренностью, т. е. возможностью сгущать сква- жины по мере надобности. Для повышения эф- фективности работы водопонизительных сква- жин, оборудованных погружными насосами в слабопроницаемых (глинистых) грунтах, реко- мендуется предусматривать вакуумирование грунтов. Для этого в системе водопонизитель- ных скважин следует устанавливать вакуум- ные насосы (табл. 18.1). На рис. 18.1 дана принципиальная схема вакуумной скважины. ТАБЛИЦА 18.1. ХАРАКТЕРИСТИКА ВАКУУМНЫХ НАСОСОВ ПО ПОДАЧЕ ВОЗДУХА Марка насоса Подача, м3/ч Марка насоса Подача, м3/ч ВВН-0,75 45 ВВН-6Н 360 ВВН-1/2М 90 ВВН-12М 720 ввн-з 180 2ДВН-500 1800 ввн-зм 180 2ВНК-ЗМВУ 216 2ДВН-1500 5400 Системы вертикального дренажа рекомен- дуется сопоставлять с системами лучевых го- ризонтальных водозаборов, состоящих из вер- тикальной выработки (колодца) и скважин, выполненных из этого колодца горизонтально' или с небольшим уклоном в сторону колодца. В ВИОГЕМе разработана конструкция уста- новки лучевого бурения УЛБ-130. Установка состоит из трех основных агрегатов: бурового станка, маслостанции, пульта управления. Бу- ровой станок включает в себя подвижную бу- ровую платформу, перемещающуюся на вели- чину рабочего хода гидроцилиндром подачи. На платформе смонтированы два вращателя — вращатель рабочих труб с гидроцилиндром и вращатель шнеков. Оба вращателя могут ра- ботать независимо друг от друга. Буровой станок и маслостанция монтируются в колодце
18.3. Укрепление оснований существующих зданий 409. на расстрелах. Маслостанция, включающая электромотор мощностью 30 кВт с пятью на- сосами, монтируется на поверхности у колод- ца. Минимальный диаметр шахтного колодца 2,5 м; длина лучевых скважин 130 м; диаметр бурения 200 м; угол наклона скважины от го- ризонтали ±10,°. Проходимые породы — обвод- Рис. 18.1. Вакуумная скважина 1 — обсыпка — гравий (песок); 2 — перфорированная труба; 3 — глинистый или цементный тампон; 4 — ва- куум-насос; 5 — здание; 6— вакуумные трубопроводы; 7 — напорный трубопровод; 8 — водонасыщенные су- песи, суглинки, глины; 9 — насос ненные неустойчивые мелкие пески и грунты средней крепости (до VII категории по бури- мости). В грунтах, обладающих временной устойчивостью (например, глинистые пески); лучевые скважины могут выполняться и други- ми станками, имеющими вращатель только ра- бочего органа,' с установкой фильтровых труб после бурения. На застроенных территориях, сложенных глинистыми грунтами, для снижения уровня подземных вод рекомендуется применение дре- нажных завес, которые -выполняются в виде ря- да пересекающихся вертикальных скважин, за- полняемых хорошо фильтрующим материалом, например песком. Подземная вода, собираемая дренажной завесой, откачивается насосом, устанавливаемым либо в колодце, либо в сква- жине, к которым вода фильтрует вдоль завесы. Применение водопонижения, особенно в глинистых и пылеватых песчаных грунтах, вле- чет за собой уплотнение и осадку осушаемой толщи грунтов. Это явление следует учитывать при проектировании дренажа существующих объектов, так как оно может увеличить дефор- мации зданий и сооружений. Расчет дополнительной осадки здания или •территории рекомендуется выполнять методом послойного суммирования с учетом того, что каждый метр понижения уровня подземных вод соответствует увеличению нагрузки на грунт на 9,8 кН/м2. К определенному в каждом рас- четном слое давлению в грунте от сооружения (СНиП 2.03.01-83, прил. 2) следует добавлять дополнительное давление, образовавшееся за счет понижения уровня подземных вод. Ниж- няя граница сжимаемой толщи основания в этом случае должна определяться исходя из того, на какую глубину распространится уве- личение давления на грунт в’результате водо- понижения. Таким образом, дренаж площадки, пони- жающий свободный уровень подземных вод, приводит к двойному действию на грунт осно- вания: увеличивает нагрузку на грунты и не только отводит гравитационную воду, но и создает благоприятные условия для отжатия поровой воды, что приводит к уплотнению пы- леватых песков и глинистых грунтов текучей, текучепластичной и мягкопластичной конси- стенции и тем самым увеличивает осадку со- оружения. Результаты второго действия ска- зываются иногда длительное время [5, 9]. Для исключения подъема уровня подзем- ных вод и предотвращения ослабления основа- ний применяют противофильтрационные заве- сы, с помощью которых защищаемую террито- рию отделяют от источника обводнения. Применение противофильтрационных завес рекомендуется рассматривать в комбинации с дренажем, что может дать экономию за счет снижения затрат на строительство и эксплуа- тацию дренажа и уменьшить «проскок» воды к защищаемому объекту. Устройство завес осуществляется как спе- циальным оборудованием, так и общестрои- тельным, например экскаватором-драглайном, который разрабатывает траншею, заполняемую вслед за этим глинистым грунтом (подробнее о проектировании завес сказано в. гл. 16).
410 Глава 18. Укрепление оснований и усиление фундаментов сооружений 18.3.3 . Повышение несущей способности (устойчивости) оснований Усиление оснований бывает вызвано не только недопустимыми вертикальными дефор- мациями (осадками), но и недостаточной не- сущей способностью оснований. У существую- щих зданий обычно недостаточность несущей способности основания возникает в результате ведущихся рядом с ними земляных работ, по- этому при реконструкции здания, предприятия, при выполнении земляных работ на застроен- ных территориях или даже при создании усло- вий, которые изменяют расчетную схему зда- ния или сооружения, рекомендуется проверять несущую способность оснований. Расчетная проверка выполняется по мето- дике, изложенной в нормативных материалах [12, 13] и в другой литературе [6]. В Спра- вочнике вопросам устойчивости откосов посвя- щена гл. 14; расчеты несущей способности ос- нований рассмотрены в главах 5 и 7. Так как рекомендации, содержащиеся в указанных ис- точниках, как правило, не учитывают все ус- ловия, возникающие в основаниях существую- щих сооружений, следует тщательно выбирать расчетный метод и схему, наиболее подходя- щие по инженерно-геологическим условиям, по создавшейся на объекте ситуации, по требова- ниям и возможностям, которые имеются у за- интересованных организаций. Тщательно со- ставленная расчетная схема и выполненный по ней расчет помогают выбрать возможные ва- рианты укрепления основания. В большинстве случаев недостаточной не- сущей способностыо~обладают^замоченные гли- нистые грунты, а также трещиноватые скаль- ные и полускальные грунты,,. Для глинистых грунтов мероприятиями, повышающими несущую способность, являются водопонижение (дренаж); планировка поверх- ности, перераспределяющая соотношения сдви- гающих и удерживающих сил; механические способы, такие, как устройство буронабивных свай, затяжек, анкеров в грунте, шпунтовых ограждений. Для скальных и полускальных грунтов такими мероприятиями могут быть це- ментация, устройство анкеров в грунте, водо- понижение (дренаж), планировка поверхности. Одной из основных трудностей при расче- тах оснований по несущей способности и вы- боре защитных мероприятий является выявле- ние наиболее опасной поверхности смещения в массиве основания. В этом случае при неодно- родных по инженерно-геологическим условиям основаниях, что, как правило, и бывает, ана- литические решения могут дать весьма непра- вильные ответы, поэтому надо стремиться оп- ределять опасную поверхность скольжения с помощью различных методов изысканий. На рис. 18.2 показан пример строительства здания, расположенного на расстоянии 6 м от уже существующего здания и на более низкой Рис. 18.2. Строительство здания на склоне ниже су- ществующего здания 1 — слои мергеля; 2 — фундамент существующего кор- пуса; 3 — стены проектируемого корпуса; 4 — кровля мергеля; 5 — поверхность отметке, поэтому при разработке котлована возникла опасность потери устойчивости осно- вания и фундаментов существующего здания. В основании зданий залегает мергель, причем падение слоистости совпадает с падением скло- на, а прочностные характеристики мергеля по слоистости значителньо ниже, чем вкрест слоистости. Рациональным решением явилось в ыпо л пен и е~стшГнёбол ьш и м и Тахватками7^~рё- зультате чего была исключена подрезка осно- вания существующего корпуса на большой длине. Для данных геологических условий рас- четы устойчивости выполнялись по плоским по- верхностям скольжения. Другой пример рассмотрен на рис. 18.3. Здание предполагалось защитить от активного давления грунта со стороны склона с помощью стенки из буронабивных свай. В период возве- дения каркаса здания стенка из свай не вы- держала и наклонилась, а выше нее по склону Рис. 18.3. Усиление подземной части здания, возве- денного на оползневом склоне 1 — скальный грунт; 2 — деформированная буронабив- ная свая; 3 — засыпка щебнем после срезки оползня; 4 — дренаж; о — диафрагмы жесткости; 6 — горизон- тальная железобетонная диафрагма;- 7 подпорная стена; 3 — буронабивные сван; 9 — фундамент
18.4. Усиление (укрепление) фундаментов 411 образовался оползень. Было принято решение — усилить каркас и подземную часть здания, чтобы оно могло воспринять не только актив- ное, но и оползневое давление. В пазухах был заменен местный грунт на щебень, выполнены диафрагмы жесткости (вертикальные и гори- зонтальные) и подпорная стена. Следовательно, при строительстве зданий рядом с уже существующими или на оползне- опасных склонах необходимо принимать ра- циональные конструктивные решения не только фундаментов, но и надземных частей зданий. 18.3.4 . Защита оснований от влияния строящихся рядом зданий и сооружений При строительстве на слабых грунтах (во- донасыщенные пылеватые пески, глинистые грунты текучепластичной и мягкопластичной консистенции) в условиях тесной городской или промышленной застройки строительство нового Д-Д Рис. 18.4. Защитное шпунтовое ограждение 1 — существующий фундамент; 2 — проектируемое здание; 3 — грунт основания; 4 — Шйунт; 5 — прочный грунт; 6 — существующее здание здания оказывает существенное влияние на деформацию основания под ранее возведенны- ми зданиями. Дополнительная осадка (иногда даже тре- щины и перекосы) сильнее проявляется в той части существующего здания, которая находит- ся вблизи нового здания. В указанной ситуа- ции рекомендуется расчетом проверить влияние нового здания на основание старого, и если это необходимо, то принять для нового здания другой тип фундамента, при котором будет исключено влияние на основание существую- щего здания. Если же переход на другой тип фундамента нецелесообразен, то можно сде- лать ограждение основания старого здания вдоль той стороны, с которой намечается строительство нового здания. ..Ограждение рекомендуется выполнять из шпунта, буронабивных свай или способом «сте- на в грунте». Ограждениё^ТПИшге^должЁ^ иметь достаточную длину, чтобы исключить влияние нового здания в обход ограждения. Для этого рекомендуется выводить огражде- ние за контуры существующего здания не ме- нее чем на толщину слоя слабого сжимаемого грунта. В вертикальном разрезе ограждение должно прорезать сжимаемую толщу в слабом грунте и входить в прочный грунт (рис. 18.4) [6]. 18.4 . УСИЛЕНИЕ (УКРЕПЛЕНИЕ) I ФУНДАМЕНТОВ 18.4=1. Защита фундаментов от выветривания Это мероприятие выполняется при физи- ческом и химическом выветривании материала фундаментов, когда процессами выветривания кладка затронута неглубоко и нет сквозных трещин в фундаментах. Обычно это бывает, если фундаменты выполнены из бутовой или кирпичной кладки, обладающей невысокой прочностью и водостойкостью. Химическое вы- ветривание может происходить при недоста- точной стойкости цемента или заполнителя против агрессивных свойств среды. При восстановлении поверхности фунда- ментов применяют оштукатуривание цемент- ным раствором (торкретирование) по подго- товленной (зачищенной) боковой поверхности фундаментов или оштукатуривание по метал- лической сетке, укрепленной на боковой их по- верхности. Если процессы выветривания захва- тили фундамент на всю толщу, необходимо ли- бо зацементировать кладку, укрепив тем са- мым существующий фундамент, либо выпол- нить обойму, восстановив несущие функции фундамента. Цементация фундамента выполняется пу^ тем бурения с поверхности и из первого или подвального этажа в кладке фундамента сква- жин ц нагнетания в них цементного раствора. Скважины бурят перфораторами или электро- дрелью диаметром 20—30 мм на расстоянии 50 см одна от другой, на глубину примерно 2/3 толщины фундамента. В скважины вставляют трубки диаметром 20—25 мм, через, которые нагнетают цементный раствор. Трубки в усть- ях скважин заделывают густым раствором на глубину 10 см. Давление нагнетания 0,2— 0,6 М.Па. После пробных нагнетаний следует откопать опытные участки, проверить резуль- таты и уточнить технологию работ, состав ра- бот и пр. [4, 10]. В тех случаях, когда из-за выветривания и разрушения кладки фундаментов образова- лись трещины в надфундаментной части здания или сооружения, простое заполнение откры- тых трещин цементным раствором может быть
412 Глава 18. Укрепление оснований и усиление фундаментов сооружений недостаточным. Тогда рекомендуется повысить прочность здания или сооружения другими конструктивными мероприятиями. 18.4.2. Повышение прочности и уширение фундамента При реконструкции производства или зда- ния, когда существенно возрастают нагрузки на фундамент, а также когда в результате не- равномерных осадок появляются трещины в здании и фундаменте, рекомендуется усилить фундамент, выполнением обойм из бетона или железобетона. В старом фундаменте, а иногда и в цокольной части стен устраивают штрабы, бурят шпуры, в которые устанавливают за- кладные детали (балки, арматуру), обеспечи- вающие совместную работу старых фундамен- тов и обойм. Кроме того, в обоймах устанав- ливают арматуру, рассчитанную на обеспече- ние прочности стен в продольном направлении. Этим способом достигается также развитие опорной площади фундаментов, т. е. снижает- ся давление на основание, а следовательно, уменьшаются осадки здания. Для обеспечения совместной работы обой- мы и фундамента из рваного бутового камня на слабом цементном растворе обойму выпол- няют в траншеях. В отверстия, просверленные перфораторами или пробитые в старом фунда- менте, вставляют стяжки. Сцепление бетона с бутовой кладкой обусловливается неровной бо- ковой поверхностью кладки, очищенной от грунта, промытой и продутой сжатым возду- хом (рис. 18.5). На рис. 18.6 показано усиление бетонного или из гладкой каменной или кирпичной кла- дки фундамента с одновременным увеличением опорной площадки, также с выполнением обой- мы. Размер шпонок по высоте принимается ис- ходя из обеспечения передачи поперечных уси- лий от обоймы существующему фундаменту. Желательно выполнять обойму с применением расширяющегося цемента. При необходимости в обойму вставляется продольная арматура, например при наличии трещин в фундаменте, лишающих фундамент необходимой жесткости. Если требуется расширить фундамент с обжа- тием основания под полосами расширения или выправить фундамент и стену, то рекоменду- ется следующая технология (рис. 18.7): в тран- шеях устраивают из сборных блоков или из монолитного бетона банкетки на утрамбован- ной щебеночной подготовке; пробивают отвер- стия сквозь фундамент и штрабы вдоль фун- дамента; устанавливают в отверстия металли- ческие балки; вдоль фундамента бетонируют железобетонные балки или устанавливают ме- таллические; домкратами обжимают основание Рис. 18.5. Увеличение площади подошвы бутового фундамента 1 — бетонная обойма; 2 — металлическая стяжка; 3 — стена; 4 — существующий ослабленный фунда- мент; 5 — щебень, втрамбованный в грунт Рис. 18.6. Увеличение площади подошвы кирпичного или бетонного фундамента /—.железобетонная обойма; 2— шпонки; 3 — про- дольная арматура Рис. 18.7. Расширение и выправление деформаций фундамента 1 — существующий фундамент; 2 — бетонная банкет- ка; 3 — продольная железобетонная балка; 4 —попе- речная металлическая балка; 5 — домкрат; 6 — ще- бень, втрамбованный в грунт; Z—бетонное запол- нение под банкетками и, если требуется, выравнивают фундамент и стену; между домкратами устраи- вают бетонное заполнение или подкладки; вы- нимают домкраты и омоноличивают конструк- цию. В аналогичной ситуации удобно применять домкраты Фрейсине, представляющие собой плоские плиты из двух сваренных по контуру стальных листов толщиной 1—2 мм. По пери- метру такой полой плиты выполняют полый валик диаметром до 80 мм. В домкраты нагне- тают твердеющую жидкую смесь, например це- ментный раствор или эпоксидную смолу, кото-
18.4. Усиление (укрепление) фундаментов 433 Рис. 18.8. Расширение фундамента с применением плоских домкратов 7— плоский домкрат Фрейсине; 2 — железобетонная конструкция уширения; 3 — существующий фунддч мент; 4 — нагнетательная трубка Рис. 18.9. Расширение опорной плошади и усиление отдельно стоящего фундамента ? — существующий фундамент; 2 — арматура сущест- вующего фундамента; 3 — новая арматура; 4 — новый бетон; 5 — поверхности вырубки существующего фундамента Рис. рые после обжатия грунта основания сохраня- ют напряженное состояние за счет затвердева- ния (рис. 18.8). Конструкция таких, домкратов очень проста и их можно изготовлять в мас- терской по мере надобности. Форма домкратов в плане может быть квадратной, прямоуголь- ной, круглой [10]. Контроль за обжатием мож- но вести по манометру. Необходимая площадь опорной поверхно- сти деревянных клеток, банкеток, временных подкладок под домкратами определяется исхо- дя из повышенных нагрузок на грунт во время вывешивания надземных конструкций. Эти вре- менные нагрузки на насыпной уплотненный грунт принимаются до 500 кН/м2, на глини- стый ненарушенный тугопластичный грунт — до 1000 кН/м2, на песчаный грунт — до 2000 кН/м2 [7]. Пример увеличения опорной площади от- дельно стоящего железобетонного фундамента показан на рис. 18,9. 18.4.3. Подведение свай При наличии в геологическом разрезе ос- нования прочного слоя, пригодного для опира- 18.10. Подведение под фундамент буронабивных свай 1 — свая; 2 — ростверк; 3 — домкрат, удаляемый перед обетонироваиием; 4 — подставки; 5 •—балка; 6 —- обе- тонирование; 7 — существующий фундамент; 8 •— штрабы Рис. 18.11. Сопряжение фундаментов существующего здания и пристройки 1 — буронабивная свая; 2—ростверк для пристройки; 3 — сетка, объединяющая ростверки; 4 — вырубаемый слой бетона; 5 — обнажаемая арматура существую- щего ростверка; 6 — существующий ростверк; 7 —• за- бивная свая; 8 — поддерживающий консольный выступ ния на него свай, в проектах усиления фунда- ментов следует рассматривать вариант подве- дения свай под существующие фундаменты (рис. 18.10 и 18.11). Подведение свай вблизи стены чрезвычайно затрудняет работу. Для вы- полнения буронабивных свай необходимо, что- бы минимальное расстояние от свай до стены составляло не менее 2,5 м. При этом поперек-. ные балки получаются громоздкими, что . осложняет их монтаж и вызывает большие рас- ходы металла. Кроме того, бурение крупных скважин сопровождается сотрясением, а часто и увлажнением грунта, что может повлечь до- полнительные осадки здания под нагрузкой. Внутри здания работы еще более осложняются .
414 Глава 18. Укрепление оснований и усиление фундаментов сооружений Рис. 18.12. Усиление фундамента буронабивными сваями, расположенными снаружи здания 1 — буронабивные сваи; 2 — анкеры; 3—балка; 4 — фундамент здания; 5 — замоноличиваемая заделка балки из-за стесненности пространства и недопусти- мости нарушения технологических процессов предприятия, поэтому приходится иногда при- менять такие конструкции усиления, в которых стена подвешивается на консольные балки, и часть буронабивных свай работает на увели- ченную нагрузку по сравнению с нагрузкой на существующие фундаменты (рис. 18.1.2) [14]. Зачастую забивка свай и бурение недопу- стимы по грунтовым условиям, по состоянию здания или по требованиям, исключающим шу- мы и вибрации. В этом случае применяются вдавливаемые сваи. Расположение свай может быть ближе к стене и даже под существующим фундаментом. Для этого надо' сначала укре- пить фундамент, а иногда укрепить и стену, затем, отрывая последовательно шурфы под фундаментом (на 1,8—2 м глубже их подош- вы), подводить и вдавливать в грунт отрезки металлических труб, свариваемых одна с дру- гой и заполняемых бетоном. Вдавливание про- изводится домкратом. Иногда такие сваи вдав- ливают на глубину 25 м. Преимуществом этих свай является возможность определить их не- сущую способность в процессе производства работ. За рубежом применяют вдавливаемые сваи из сборных железобетонных элементов длиной до 100 см — сваи Мега. Площадь се- чения свай 20X20 и 30X30 см. Внутри свай имеется сквозное отверстие. Допустимая на- грузка: 400 кН на сваи 30X30 см и 200 кН на 20X20 ом. Расстояние между сваями принимается 1,3—2 м [4, 10]. Устройство буронабивных и вдавливаемых свай требует соединения этих свай со старым фундаментом, что выполняется либо с помо- щью металлоконструкций (см. рис. 18.10 и 18.12), ^вставляемых в проемы и штрабы фун- Рис. 18.13. Усиление фундаментов корневидными сва- ями а — висячими; б — усиление фундамента сваями-стой- ками; 1 — буроинъекционные (корневидные) сваи; 2 — фундамент; 3 — слабый грунт; 4 — прочный грунт дамента, либо с помощью железобетонных обойм (см. рис. 18.11). \д/В последнее время начинают применяться для укрепления фундаментов буроинъекцион- ные сваи, называемые также корневидными. Для устройства этих свай нет необходимости выполнять большие земляные работы, проби- вать вручную проемы и штрабы в старых фун- даментах, зачищать боковую поверхность для сцепления нового бетона с материалом старого фундамента, расходовать стальной прокат. С поверхности земли и с уровня пола первого I этажа или подвала бурят вертикально и на- . клонно через существующий фундамент сква- жины до опирания на прочный грунт. Диаметр скважины обычно составляет 100—250 мм. Этот вид укрепления фундаментов наиболее индустриален (рис. 18.13). Корневидные сваи особенно целесообразно применять для усиле- ния старых фундаментов при реконструкции здания с увеличением нагрузок на фундамент, а также при опасности нарушения естествен- ного основания глубокими выемками или под- земными выработками возле здания. Известны примеры закрепления старых фундаментов зда- ний в тех случаях, когда рядом строится но- вое здание, под нагрузкой которого возможны деформации основания под старым зданием. .В отличие от буронабивных свай, корневидные сваи бурят с помощью станков с малыми габа- ритами и массой, не нарушающими фундамент и грунт основания [3, 10]. Технологическая линия по бурению сква- жин и устройств буроинъекционных свай со- стоит из буровых станков СБА-500, растворо- насосов СО-48 (С-854) или СО-49 (С-855), си- тогидроциклонной установки 4СГУ-2, прием- ных емкостей и раствороводов. Объединение Гидроспецстрой Минэнерго СССР применяет в зависимости от грунтовых условий бурение
18.4. Усиление (укрепление) фундаментов 415 шнеком, шарошечным долотом, колонковой трубой как без крепления скважин обсадными трубами, так и под защитой либо обсадных труб, либо глинистого раствора. Для бурения по кирпичной, каменной кладке или по бетону используются коронки повышенной прочности. Высокопрочные коронки могут выбурить даже арматуру больших диаметров. После оконча- ния бурения в скважину, заполненную глинис- тым раствором, опускают арматурный каркас. Обычно это делают секциями длиной 1—3 м в зависимости от высоты помещения, из которо- го ведется бурение скважин. Вне помещений длина каркасов может быть больше. Затем в скважину опускают инъекционные трубки, че- рез которые подается цементно-песчаный рас- твор. Для уточнения несущей способности свай рекомендуется проводить полевые испытания. Принципиальные проектные решения по усилению фундаментов и укреплению основа- ний в процессе проектирования рекомендуется согласовывать со строительной монтажной ор- ганизацией, привлекаемой к выполнению работ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ал лас Э. Э., Мещеряков А. Н, Укрепление ос- нований гидротехнических сооружений. — М.—Л.: Энергия, 1966. — 115 с. 2. Брансден Д., Дорнкемп Дж. Неспокойный ландшафт. — М.: Мир, 1981. — 191 с. 3. Ганичев И. А. Устройство искусственных соо- ружений и фундаментов. — М.: Стройиздат, 1981 — 543 с. 4. Гендель Э. М. Инженерные работы при рестав- рации памятников архитектуры. — М ; Стройиздат, 1980. — 198 с. 5. Герсеванов Н. М., Полыпин Д. Е. Теоретичес- кие основы механики грунтов и их практическое применение. — М.; Стройиздат, 1948.- 247 с. 6. Далматов Б. И. Механика грунтов, основания и фундаменты (уч. для . вузов). —М.: Стройиздат 1981. —319 с. А ’ г 7. Зурнаджи В. А., Филатова №. И. Усиление ос- Стройизда^^1970аМед™~* П₽И -₽емонте ЗДЙййТ'-^мГГ 8. Камбефор Г., Пуглис Р. Подъем здания с по- мощью инъекции раствора. Пер. с франц. 1971. — 23 с. 9. Кнорре М. Е., Моргунов Н. С., Коль С. А. и др. Опытный кессон Волгоярстроя. — М. — Л.: Гос- стройиздат, 1939. 10. Коновалов П. А. Основания и Фундаменты _ реконструируемых зданий.-М.:, Стройиздат, 1980.- 133 с» 11. Леггет Р. Города и геология. Пер. с англ.— М.: Мир, 1976. — 558 с. 12. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений.—М.: Стройиздат, 1978. — 376 с. 13. Строительные нормы .г ппавила. Основания зданий и сооружений. СНиП 2.02.01-83.—М.: Строй- издат, 1985. 14. Швец В. Б., Тарасов Б. Л., Швец Н. С. На- дежность оснований и фундаментов. — М,; Стройиз- ~ дат, 1980, - 157 с.
Глава 19. ВОДОПОНИЖЕНИЕ1 19.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 19.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ Водопонижение (искусственное пониже- ние уровня подземных вод путем их откачки или отвода) применяется при разработке кот- лованов, возведении подземных сооружений, для постоянного снижения уровня подземных вод на территории промышленных предприя- тий, гражданских сооружений и сельскохозяй- ственных угодий и для защиты их от подтоп- ления при подъеме уровня подземных вод [1, 2]. Понижение уровня подземных вод до- стигается применением водоотлива, дренажа,. открытых и вакуумных водопонизительных скважин, иглофильтров и электроосмоса. Наряду с положительным эффектом водо- понижения, позволяющего вести земляные ра- боты, возводить и эксплуатировать сооружения в осушенных грунтах, возникают и отрицатель- ные явления. Фильтрационный поток, форми- рующийся в направлении к месту отбора во- ды (к скважинам, дренажу или к горной выра- ботке), создает гидродинамическое давление на грунт, ослабляет прочностные связи в нем и может вызвать вынос частиц грунта. Пони- жение уровня воды вызывает уменьшение взвешивающего давления в грунте и, как следствие, дополнительные его осадки. Кроме того, происходит выделение растворенных в воде газов и химических веществ, в осушенное пространство проникает воздух, в результате чего изменяется среда, окружающая подземные сооружения.* i Разрыхление и уплотнение грунтов, вызы- вающее дополнительные их осадки, возможно и в процессе бурения водопонизительных сква- жин, погружения и извлечения иглофильтров, поэтому при проектировании водопонижения необходимо предусматривать мероприятия по защите от нарушения оснований сооружений и откосов котлованов, а также по охране окру- жающей среды, т. е. не должны допускаться: истощения ресурсов подземных вод и их за- грязнения; загрязнения и размыв берегов по- верхностных водоемов; эрозия и высушивание почв; отрицательные последствия осадок грун- тов, сооружений и территорий. В проектах должно предусматриваться ис- пользование откачиваемых и отводимых вод для промышленных, сельскохозяйственных или коммунальных целей, а также использование взвешенных частиц и растворенных в воде ве- ществ. 1 В составлении гл. 19 принимал участие инж. А. Б. Мещанский. 19.2.1. Водоотлив При проектировании водоотлива из котла» ванов и траншей должны быть предусмотрены канавки и лотки для сбора и отвода к зумп- фам (водосборникам) поступающих в выемки подземных и поверхностных вод с последую- щей их откачкой на поверхность (рис. 19.1). Рис. 19.1. Схема открытого водоотлива 1 — водосборная канавка; 2 — зумпф; 3 — депрессион- ная поверхность; 4 — дренажная пригрузка на отко- се; 5 — насосная установка Применение водоотлива не имеет ограни- чений в зависимости от вида грунтов (и их фильтрационных свойств). В проекте необхо- димо предусматривать мероприятия (пригруз- ки откосов и т. п.), исключающие нарушение природной структуры, разуплотнение и оплы- вание грунтов. При разработке1 грунтов мето- дами гидромеханизации организация водоотли- ва становится "более простой, так как откачка подземных вод обычно совмещается с удале- нием пульпы, а в забое допускается разрыхле- ние грунтов фильтрующейся- водой. Эффектив- ность применения водоотлива обусловливается
19.2, Конструктивные решения высоким КПД насосного оборудования, мини- мальным, по сравнению с другими способами водопонижения, объемом откачиваемой воды и возможностью выполнения работ без привле- чения специализированной строительной орга- низации. ' 19.2.2. Дренаж В практике строительства, а также для защиты сооружений находят применение сле- дующие виды дренажей: траншейные, закры- тые беструбчатые, трубчатые, галерейные, пла- стовые. Поступающие в них подземные воды самотеком направляются к водоотводящим коллекторам, сбросным линиям или к водо- сборникам насосных станций (рис. 19.2). Траншейные дренажи (открытые траншеи и канавы) можно применять для осушения массивов грунта на различных территориях. Такие дренажи являются эффективным средст- вом водопонижения, но применимы лишь в относительно устойчивых грунтах, занимают значительные площади, осложняют устройство транспортных и других коммуникаций и тре- буют существенных эксплуатационных затрат для поддержания их в рабочем состоянии. Закрытый беструбчатый дренаж (рис. 19.3) представляет собой траншею, заполнен- ную фильтрующим материалом от дна до А-А Рис. 19.2. Дренажная насосная станция 1 — воздуховод; 2 — грузовой люк; 3 — смотровой люк; 4 — переходная площадка; i — напорный трубо- провод; 6 — машинное отделение; 7 — насосный аг- регат; S — приемный резервуар; .9 — датчики уровней; 10 — подводящий коллектор; 11 — шкаф электропита- ния; 12— вытяжной вентилятор; 13 — станция управ- ления насосами; 74 — герметичный люк; 15— прнямок для сбора воды Рис. 19.3. Беструбчатые дренажи а — каменно-щебеночный; б — хворостяной; / — дерн корнями вниз; 2 — уплотненная глина; 3 — дерн кор- нями вверх; 4 — местный песчаный грунт; 5 — щебень; 6— каменная ~-ладка; 7 — глинобетонная подушка; 8 — засыпка местный! грунтом: 9 — хворост
418; Глава 19. Водопонижение i?y Рис. 19.4. Трубчатый дренаж совершенного типа а — с песчано-гравийчой обсыпкой в траншее с отко- сами; б — с песчано-гравийной обсыпкой в траншее с вертикальными стенками; в — с фильтровым покры- тием из минеральных волокнистые материалов; J— обратная засыпка местным песчаным грунтом; 2— песок средней крупности; 3 — щебень; 4 — водоупор; 5 — труба; 6 — щебень, втрамбованный в грунт; 7— минеральный волокнистый материал; 8 — хомуты из жгутов стекловолокна или шпагата уровня подземных вод. В качестве фильтрую- щего материала используется гравий, щебень, камень и др. Закрытый беструбчатый дренаж целесообразно предусматривать в основном для сравнительно недолговременной эксплуа- тации, например на оползневом склоне в пе- ТАБЛИЦА 19.1. ТРУБЫ КЕРАМИЧЕСКИЕ КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ (ГОСТ 286—82) Енутречкпй диаметр, мм Толщина стенок ствола и раструба, ствола раструба ММ 150 224 19 200 282 20 250 340 22 200 398 27 Примечания: 1. Все размеры труб номи- нальные. 2. Трубы имеют длину 1000, 1100, 1SOO, 1300, 1400 И 1500 мм; 3. Длина нарезки ствола 60 мм. 4. Глубина раструба 60 мм. Рис. 19.5. Трубчатый дренаж несовершенного типа 1 — местный песчаный грунт; 2 — песок средней круп- ности; 3 — труба; 4 — щебень или гравий риод осуществления мероприятий, необходи- мых для его стабилизации; на уровне дна кот- лована в период возведения в нем сооружения и т. п. Трубчатый дренаж — дырчатая труба с обсыпкой песчано-гравийным материалом или с фильтровым покрытием из волокнистого ма- териала (рис. 19.4 и 19.5). Для трубчатых дре- нажей используются керамические (табл. 19.1), асбестоцементные (табл. 19.2 и 19.3), бетонные (табл. 19.4) и чугунные (табл. 19.5 и 19.6) трубы, трубофильтры из пористого бетона (ВСН 13-77 МЭиЭ СССР) и трубы железобе- тонные диаметром 400 мм (ГОСТ 6482.0—79). В мелиоративном строительстве применяются керамические дренажные трубы диаметром 100—250 мм (ГОСТ 8411—74). Для приема подземных вод в асбестоце- ментных и чугунных трубах устраиваются круг- лые или щелевые отверстия (рис. 19.6, а, б, в), ТАБЛИЦА 19.2. ТРУБЫ АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫЕ БЕЗНАПОРНЫЕ (ГОСТ 1839-80) Труба Муфта условны8! ’проход мм диаметр, мм толщина стенки, мм длина, мм масса 1 м длины кг условный проход мм диаметр, мм толщина стенки, мм длина, мм масса, кг наружный внутрен- ний на- руж- ный внутрен- ний 100 118 100 9 2950 6 100 160 140 10 150 1 150 161 141 10 2950 9 150 212 188 12 150 2 20и 211 189 И 3950 13 200 262 234 14 150 3 300 307 279 14 3950 25 300 366 334 16 150 5
19.2, Конструктивные решения ТАБЛИЦА 19.3. ТРУБЫ АСБЕСТОЦЕМЕНТНЫЕ НАПОРНЫЕ (ГОСТ 539-80> Условный про- ход, мм Труба Муфта длина, мм наружный диаметр, мм толщина стенки, мм масса 1 м длины, кг длина, мм наружный диаметр, мм масса, ку ВТ-6 ВТ-9 ВТ-6 ВТ-9 САМ6 САМ9 САМ6 САМ9 100 2950; 122 9 11 7,8 9,2 171 175 3,5 3,8 150 3950 168 11 13,5 12,9 15,2 219 225 4,6 5,2 200 224 14 17,5 22,1 26,4 277 287 6,9 8,2 250 3950 274 15 19,5 28,4 35,9 150 329 341 8,7 10,6 ЗОЭ 324 17,5 22,5 40,2 49,4 383 397 11,1 13,8 Примечание. Трубам типа ВТ-6 соответствуют муфты САМ6, а трубам типа ВТ-9 — муфты САМ9. ТАБЛИЦА 19.4. ГРУБЫ БЕТОННЫЕ (ГОСТ 20054—82) Условный проход, мм Толщина Длина, мм Глубина раструба, мм стенки, ММ 150 35, 30, 25 1000 50 200 40, 35, 30 1500 50 300 55, 50, 45 1500 80 400 75, 65, 55 1500 100 ТАБЛИЦА 19.5. ТРУБЫ ЧУГУННЫЕ КАНАЛИЗАЦИОННЫЕ (ГОСТ 6942.3—80) Условный проход, мм Наружный диаметр, мм Толщина стенки, мм Масса трубы, кг, при длине, м 0,75 1,25 2 100 150 ТАБЛ 118 168 И Ц А 4,5 5 9.6. ТР1 (ГО! 10,5 'БЫ ЧУ :т 9583- 16,3 ГУННЫЕ Н -75) 25 40 АПОРНЫЕ Условный проход, мм Наружный диаметр, мм . Толщина стенки, мм Масса трубы, кг, при длине, м 4 5 6 Рис. 19.6. Водоприемные отверстия в дренажных трубах a — в верхней части асбестоцементных и чугунных труб; б — в боковой части асбестоцементных труб; в — в бетонных и железобетонных трубах; г — в ви- де зазоров в стыках керамических и чугунных труб; 1 — муфта; 2 — резиновое кольцо; 3 — труба; 4 — от- верстия; 5 — просмоленная пакля; 6 — асфальтовая мастика или жирная глина 150 170 8,3 132 163 193 200 222 9,2 193 238 282 259 274 10 260 320 381 300 325 10,8 336 414 492 в бетонных и железобетонных — круглые (рис. 19.6, в). В керамические канализационные тру- бы подземные воды поступают через непол- ностью заделанные зазоры в стыках (рис. 19.6, а), в трубофильтры — через поры в мате- риале их стенок. Материал труб выбирается в зависимости от глубины заложения дрены и агрессивности среды. В агрессивной среде при- меняются керамические и чугунные трубы. При неагрессивной среде могут применяться трубы из любого указанного выше материала с учетом глубины заложения дрены [1] (табл. 19.7). Минимальные уклоны дренажных труб принимают в зависимости от их диаметра: 0,005 для диаметра до 150 мм и 0,003 для диамет- ра от 200 мм и выше. Фильтровые покрытия применяются двух видов: нетканые волокнистые материалы (ма- ты, плиты, войлок) — толщиной в несжатом
420 Глава 19. Водопонижение Р :с. 19.7. Дренажные галереи а — обделка из бетона и монолитного железобетона; б — обделка из отдельных блоков; в — обделка из сборных железобетонных элементов; 1 — обделка; 2 — дренажная засыпка; 3 — отверстия для выпуска воды; 4 — водоотводный бетонный лоток сыпку песчаного грунта, более проницаемого, чем осушаемый. Смотровые колодцы (ГОСТ 8020—80 или Типовые конструкции и детали зданий и со- оружений, серия 3.900-3, вып. 7, ч. 1 и 2) рас- полагаются на всех поворотах, перепадах, а также на прямолинейных участках трассы с шагом не более 50 м. Дренажные галереи (галерейный дренаж- рис. 19.7) проектируются, как правило, высо- той не менее 1,6 м (чаще большей высоты), определяющейся условиями проходки галереи. состоянии 10 см; сетки и ткани из синтетичес- Применяются такие галереи в ответственных ких материалов типов ВВГ, ВВТ и ВВК — в случаях: для особо надежной долголетней четыре слоя, типа ВПМ — в два слоя, типов ССТЭ-6 и СС-1—— в один слой. При использо- эксплуатации, в процессе которой переустрой- ство дренажа в случае выхода его из строя вании этих покрытий следует устраивать об- будет невозможным; если выполнить дренаж ТАБЛИЦА 19.7. МАКСИМАЛЬНАЯ ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ДРЕНАЖНЫХ ТРУБ Грунты основания Трубы Макс1 НИЯ) 150 ниальная rJ и, при диа! 200 тубина заложе- «етре труб, мм 253 | 300 Пески гравелистые крупные и средней крупности, глины и суглинки полутвердые, ту- гопластичные Бетонные Керамические канализационные .... Керамические дренажные и асбестоце- ментные безнапорные ......... Асбестоцементные напорные: '1 — 6 .............. ВТ-9 ............. • 7,3 3,5 9,3 16,9 4 5,7 3 8,4 14,9 4,9 2,6 6,8 12,3 3,5 4,7 6,5 12,5 Пески мелкие и пылеватые Бетонные Керамические канализационные .... Керамические дренажные и асбестоце- ментные безнапорные ......... Асбестоцементные напорные: ВТ-6 ВТ-9 Трубофильтры по ВСН 13-77 МЭиЭ СССР 7,6 3,6 9,7 17,5 6,5 4,1 5,9 3,7 9,3 15,5 7 5,1 3,1 7,1 12,8 7 3,6 4,9 6,8 13 8
19 2. Конструктивные решения 421 Рис. 19.8. Пластовые дренажи а — под заглубленным сооружением; б — на откосе; 1—уровень подземных вод; 2— защищаемое заглуб- ленное сооружение; 3 — пристенный дренаж; 4 — пес- чаный слой; 5 — защитное покрытие щебеночного слоя; 6 — песчано-гравийный или щебеночный слой; 7 — труба; 8 — щебеночная обсыпка можно только подземным способом; при осо- бой его эффективности и экономических преи- муществах по сравнению с другими водопони- зительными устройствами в данных природных условиях; при целесообразности по условиям залегания и характеру водоносных слоев соче- тать дренажные галереи со сквозными фильт- рами, устраиваемыми с поверхности, и со сква- жинами, забуриваемыми из подземных галерей под различными углами. Дренажные галереи полупроходного сечения (высотой 0,9—1,2 м) допускается предусматривать, если при их эксплуатации требуются лишь редкие осмотры и несложные ремонты. При устройстве дренажных галерей откры- тым способом фильтрующая обсыпка подбира- ется и укладывается так же, как и при труб- чатом дренаже. При устройстве дренажной га- лереи подземным способом в прочных скаль- ных породах она должна выполняться, как правило, без крепления. При необходимости крепления пространство за ним должно быть плотно заполнено фильтрующим материалом и незацементировано. Для приема воды в обдел- ке галереи устраиваются отверстия различной формы, которые должны иметь достаточную общую площадь. Обделку (крепь выработки) дренажной галереи можно проектировать из пористого бетона, из бетона или железобетона с отверстиями (см. рис. 19.7, а), из отдельных блоков (см. рис. 19.7,6), из сборного железо- бетона (см. рис. 19.7, е), из дерева и каменной кладки. Уклон дренажных галерей целесооб- разно принимать не менее 0,003 в сторону вы- пуска (портала штольни, шахты). В галерее должны быть устроены бетонный лоток или водоотводная канавка. Пластовый дренаж представляет собой развитый по площади слой фильтрующего ма- териала, укладываемого в основании соору- жения (рис. 19.8, а), а также на откосах кот- лованов, карьеров (рис. 19.8, б) и водоемов, на природных склонах и в основании грунтовых отвалов при необходимости ускорения их кон- солидации. Вода из пластового дренажа отво- дится по трубчатым и беструбчатым дренам, лоткам и канавам. Под сооружениями пластовый дренаж вы- полняется однослойным или двухслойным. Од- нослойный дренаж из щебня или из гравия укладывают на скальные или полускальные трещиноватые грунты. В пылеватых мелких песках и глинистых грунтах пластовый дренаж устраивают двухслойным. Нижний слой дре- нажной отсыпки выполняется из песка сред- ней крупности с минимальной толщиной слоя 100 мм; верхний—из щебня или из гравия ми- нимальной толщиной 150 мм. Крупность щеб- ня пли гравия рекомендуется принимать 3— 20 мм при коэффициенте неоднородности мате- риала не более 5. Содержание глинистых и пылеватых частиц в щебне не должно быть бо- лее 3 %. Водораздел дна котлована, имеющего уклон в сторону трубчатой дрены, должен на- ходиться от нее не далее 30 м. В конструкцию пластового дренажа за- глубленных сооружений входит пристенный дренаж, который представляет собой верти- кальный слой из проницаемого материала, со- прягающийся с пластовым дренажем.-При- стенный дренаж устраивается с наружной сто- роны заглубленного сооружения и выводится на отметку, превышающую максимальный уро- вень подземных вод не менее чем на 0,3 м. На откосах пластовый дренаж следует проектировать однослойным. В качестве филь- трующих материалов в зависимости от грану- лометрического состава водоносных грунтов применяется средний и крупный песок или пес- чано-гравийные смеси с коэффициентом неод- нородности D3r,/Dio«2O. При устройстве дренажа грунтовых отва- лов слой фильтрующего материала укладыва- ется по всей площади их основания, перекры- вая сеть систематически расположенных ка- нав, заполненных фильтрующим материалом. Площадь поперечного сечения этих канав дол- жна быть не менее 0,1 м2. Из них вода отво- дится в открытую канаву, пройденную вдоль фронта отвала.
422 Глава 19. Водопонижение 19.2.3. Открытые водопонизительные скважины Открытые (сообщающиеся с атмосферой) водопонизительные скважины применяются для водопонижения в нескальных грунтах с Рис. 19.9. Открытая водопонизительная скважина 1 — колонна водоподъемных труб; 2 — пьезометры; 3 — кондуктор; 4 — фильтровая колонна; 5 — направ- ляющие фонари; 6 — отстойник; 7 — насосная уста- новка; 8 — водоприемное покрытие фильтра; 9 — пес- чано-гравийная обсыпка- /0 — му .рта; 11 — местный грунт коэффициентом фильтрации 2 м/сут и более; они применяются также в нескальных грунтах с. коэффициентами фильтрации менее 2 м/суг и в скальных, если опытные данные подтверж- дают эффективность такого применения. Применяются следующие виды открытых водопонизительных скважин: скважины, обо- рудованные насосами; сквозные фильтры, с помощью которых подземные воды из всех про- резаемых скважинами водоносных слоев сбра- сываются в подземные дренажные галереи; самоизливающиеся скважины с изливом воды через устье; водопоглощающие скважины, с помощью которых подземные воды из осуша- емого слоя сбрасываются в другой, лежащий ниже слой. ’ Скважины, оборудованные насосами (рис. 19.9), применяются в разных условиях. Скважинные насосы используются в основном с погружным электродвигателем или с двигате- лем, установленным на поверхности, и верти- кальным трансмиссионным валом. При необ- ходимости (например, при отсутствии электро- энергии) могут быть использованы и другие типы водоподъемников (эрлифты, гидроэле- ваторы, поршневые насосы). Основным конструктивным элементом та- ких водопонизительных скважин обычно явля- ется фильтровая колонна, состоящая из фильт- ра, отстойника, длина которого принимается 2—5 м, и защитных (надфильтровых) труб, внутри которых, по возможности выше фильт- ра, размещается насос. Размещение, при необ- ходимости, погружного электродвигателя ниже фильтра возможно лишь при выполнении уст- ройств, обеспечивающих циркуляцию охлаж- дающей воды вокруг двигателя. Типоразмер фильтровой колонны рекомендуется принимать следующий за минимально допустимым для выбранного насосного агрегата. Зазор между фильтровой колонной и стенками скважины заполняется песчано-гравийной обсыпкой из одного или двух слоев. В бесфильтровых сква- жинах участок, где устанавливается насос, и выше до поверхности земли закрепляется глу- хими трубами. Скважины, оборудованные насосом, долж- ны быть снабжены манометром, задвижкой, обратным клапаном, краном для отбора проб воды и водомерным устройством. В системах водопонизительных скважин, работающих в
19.2. Конструктивные решения 423 Рис. 19.10. Сквозной фильтр 1 — перфорирован- ная труба огражде- ния; Ч — надфильт- роаы трубы; 3 — местный песчаный грунт; 4 — песчано- гра вий я я обе ы 11 к а; .5 — фильтровые зве- нья; 6 — переходная муфта; 7 —• задвижка практически одинаковых гидрогеологических условиях, часть из них (не менее чем одна на десять скважин) должна быть оборудована пьезометрическими трубами в фильтровой ко- лонне и в затрубном пространстве для замеров уровней воды. Оголовок водопонизительной скважины, проектируемой на срок эксплуата- ции более 1 года, рекомендуется располагать в заглубленной камере или в наземном павиль- оне. Бесперебойность электроснабжения сква- жинных насосов принимается по II категории. Для насосных скважинных установок следует предусматривать автоматизацию работы обо- рудования (в зависимости от уровня воды в скважинах) с сигнализацией об аварийном от- ключении на диспетчерский пункт или дистан- ционное управление. Сквозные фильтры (рис. 19.10) целесооб- разно применять в тех случаях, когда техниче- ски возможно и экономически оправдано уст- ройство подземных дренажных галерей. Кон- струкция сквозного фильтра при необходимо- сти включает в себя фильтровую колонну (см. табл. 19.8) и песчано-гравийную обсыпку. Фильтровая колонна состоит из фильтров, ус- танавливаемых в нижней части каждого водо- носного слоя, глухих труб, перекрывающих во- донепроницаемые слои, оголовка, и выпуска. Оголовок должен возвышаться над поверх- ностью земли не менее чем не 6,5 м и иметь крышку, препятствующую попаданию в сква- жину посторонних предметов. Выпуск из сквозного фильтра оборудуется задвижкой ж Рис. 19.11. Типы самоизливающихсч скважин а —с излиеом на поверхность (дно котловг!на); б—• горизонтальная, устраиваемая на откосе; в — восста- ющая из подземных выработок; /-—щебень; 2 — во- доотводящая канава (у скважины на длине пример- но 2 м целиком заполняется щебнем); .3 — местный песчаный грунт; 4 - надфильтровые грубы; .5 — муф- ты; 6— направляющие фонари; 7 — щели; 6’— песок гравелистый; 9 — деревянная пробка; /(/ — фильтро- вая колонна; 11— шарошечное долото; 12 — переход- ник с обратным клапаном; 13— филэтр; 14 — кондук- тор; 15 — оголовок скважины с выпускной задвижкой; 16 — подземная выработка: 17 — ска дьная порода; 18— водоносный слой' манометром. Вокруг фильтровой колонны уст- раивается песчано-гравийная обсыпка. . Самоизливающиеся скважины с изливом воды через устье в зависимости от их назна- чения и условий выполнения могут быть верти- кальными, горизонтальными или наклонными и применяются в тех случаях, когда возможен излив из них на более низкий уровень, чем требуемый пониженный уровень подземных вод. Вертикальные или наклонные под неболь- шим углом к вертикали самоизливающиеся скважины (рис. 19.11,®), забуриваемые в ле- жащие ниже (по отношению ж горизонту за- буривания скважины) водоносные, слои, ис- пользуются для снижения избыточного напора подземных вод м предохранения от.нарушения
424 Глава 19. Водопонижение устойчивости грунтов. Водоприемная часть скважины заглубляется в наиболее водообиль- ную зону водоносного слоя, содержащего на- порные воды. Ниже водоприемной части в скважине -устраивается отстойник. Излив из устья следует направлять в водоотводящие лотки, трубопроводы или в сифонный коллек- тор, , Горизонтальные или расположенные под небольшим углом к горизонту самоизливаю- щиеся дренажные скважины, устраиваемые . с берм на откосах (рис. 19.11,6), предназнача- ются для забора воды из глубины грунтового массива. Такие скважины размещаются в по- дошве водоносных слоев вблизи их контакта с водоупорными слоями или в местах сосредо- точенной фильтрации для ее прекращения и предотвращения суффозионного выноса грунтов через откосы котлованов и природные склоны. . В подземных дренажных галереях для усиления их водозахватной способности (в за- висимости от гидрогеологических условий) применяются самоизливающиеся дренажные скважины любого направления (рис. 19.11, в). А-А Рис. 19.12. Лучевой водозабор I—• шахта; 2 — лучевые горизонтальные скважины; 3 •=-* центробежные насосы Лучевые скважины, как правило, горизон- тальные, а при необходимости наклонные при- меняются при горизонтальном залегании водо- носных слоев. Эти скважины бурят из шахт- ных колодцев в радиальных направлениях (рис. 19.12), При слоистом строении водоносной толщи лучевые скважины можно бурить из шахтных колодцев на разной глубине в каждый водо- носный слой, в котором требуется понизить уровень подземных вод. Число гнезд в стенках колодцев для устройства лучевых скважин принимается в 1,5—2 раза больше расчетного числа лучей (на случай замены или устрой- ства при необходимости дополнительных сква- жин). Лучевые водозаборы отличаются высо- кой производительностью. Их оборудуют обыч- но центробежными насосами с высоким КПД, устанавливаемыми в шахтном колодце. Водопоглощающие скважины применяются в тех случаях, когда верхний осушаемый слой имеет достаточную толщину ниже той отмет- ки, до которой требуется снизить уровень под- земных вод, а лежащий ниже (поглощающий) слой имеет высокую поглощающую способ- ность; если нижний слой водонасыщен, то не- обходимо, чтобы разность пьезометрических уровней подземных вод в верхнем и нижнем слоях была значительной. Ниже поглощающей части скважины устраивается отстойник. Сква- жина должна быть защищена от засорения и доступна для чистки ее с помощью бурового станка. 19.2.4. Вакуумные скважины При применении вакуумного метода в скважинах и на наружной поверхности фильт- ров должен создаваться и непрерывно под- держиваться вакуум. Этот метод, требующий повышенных затрат электроэнергии, должен применяться только в тех случаях, когда за- труднительно или невозможно достичь требуе- мого эффекта осушения средствами обычного (гравитационного) водопонижения. Вакуумные скважины могут применяться в грунтах с ко- эффициентами фильтрации 0,1—2 м/сут при требуемом понижении до 20 м, а при слоистом строении толщи и в «закрытых» (ограниченных непроницаемыми контурами) слоях — на глу- бину до 100 м и более. При этом возможен полный перехват фильтрационного потока над водоупорным слоем. Вакуумные скважины (рис. 19.13) отлича- ются от открытых водопонизительных скважин тем, что их устье герметизируется и из них откачиваются вода и воздух. При выполнении этого условия для вакуумного водопонижения могут быть использованы все виды водошэнИ"
19.2. Конструктивные решения 425 зительных скважин, кроме водопоглощающих. Вакуумные скважины, работающие с погруж- ным насосом, должны быть оборудованы так- же наземными вакуум-насосами (или эжекто- рами) для откачки воздуха из полости сква- Риг. 19.13. Вакуум-скважина 1 — отстойник; 2— электродвигатель, ,3 — кожух; 4 — насос; 5 — обратный клапан; 6' — стабилизатор дина- мического уровня; 7 — кабель; 8 — поверхность водо- упора; 9— фильтр; 10—напорный трубопровод; 11 надфильтровая груба; 12 — пояс.; 13 — глиняный там- пон; 14 — трубка вакуумметра; 15—вентиль; 16 — манометр; 17 — вакуумметр; 18 — крышка; 19—труб- ка для подключения вакуум-насоса; 20 — трубка при» бора для измерения уровня воды ь скважине;1 21—1 муфта жины, В крышке вакуум-скважины устанавли- ваются сальники в месте пересечения кабелей, деталей оборудования и приборов (вакуум- метр, манометр, уровнемер) с крышкой. На напорном трубопроводе вне скважины устанав- ливается задвижка, а над погружным насосом в скважине — обратный клапан. 19.2.5. Водоприемная часть водопонизительных скважин В большинстве случаев водопонизительные скважины оборудуются фильтром, образующим водоприемную часть. В основном используют- ся трубчатые, каркасно-стержневые и ко- жуховые фильтры (рис.. 19.14). Возможно при- менение бесфнльтровых скважин. Область при- менения различных типов фильтров или водо- приемной части скважин без фильтра показа- на в табл. 19.8. Данные о серийно изготовляемых секциях (длиной 3,5 м) трубчатых и каркасно-стержне- вых фильтров приведены в табл. 19.9. При от- сутствии серийно выпускаемых фильтров они должны изготовляться в соответствии со спе- циально разработанным проектом. Для трубча- тых фильтров используются обсадные трубы (табл. 19.10). Перфорацию труб следует про- ектировать со скважностью 13,5—22,5 %. Про- сечные листы должны иметь скважность 15— 25%, проволочная обмотка — 27,5—60 %. Данные для проектирования стержневого кар- каса фильтров приведены в табл. 19.11. Для кожухов целесообразно применять сетки с квадратными ячейками, соответствующими крупности удерживаемого кожухом слоя об- сыпки. Соединения всех звеньев фильтровой колонны проектируются резьбовыми. 19.2.6. Песчано-гравийная обсыпка трубчатых дренажей и водопонизительных скважин - - * Для обсыпки фильтров водопонизительных скважин и трубчатых дренажей применяются отмытый песок, гравий и песчано-гравийные смеси с частицами крупностью 0,5—7 мм,1 а также продукты дробления изверженных пород (граниты, сиениты, диориты, габбро, порфири- ты, липариты, диабазы, базальты.) или прочных осадочных пород (кремнистые известняки, хо-
426 Глава 19. Водопонижение рошо сцементированные невыветрелые песча- ники и др.) при временном сопротивлении на сжатие не ниже 60 /МПа. Материал обсыпки должен быть плотным, нерастворимым в воде, свободным от солевых примесей. Грануломет- рический состав обсыпки подбирается с соблю- дением требований табл. 19.12. Песчано-гравийная обсыпка фильтров во- допонизительных скважин выполняется не ме- нее чем на 2—10 м выше верхней кромки фильтра в зависимости от глубины скважины и Рис. 19.14. Фильтры водопонизительных скважин а — трубчатый с проволочной обмоткой; б — каркас- но-стержневой: в — кожуховый с песчано-гравийной обсыпкой; 1 — проволочная обмотка; ? — перфориро- ванная труба; 3 — металлические стержни; 4 — опор- ные пояса жесткости; 5 — соединительная муфта; 6‘ — верхний соединительный патрубок; 7 — нижний соединительный патрубок; 8— песчано-граьийная об- сыпка; 9— сетка панцирная; 10 — штыри для креп- ления сетки; 11— стальные обруча для крепления сетки высоты участка фильтровой колонны, перекры- ваемого обсыпкой (табл. 19.13). Выпадение из воды химических веществ и
19.2. Конструктивные решения 427 ТАБЛИЦА 19.8. ТИПЫ ВОДОПРИЕМНОЙ ЧАСТИ СКВАЖИН Му Ж п.п. Тип водоприемной части скважины Область применения 1 Водоприемная часть скважины без фильтра Прочные трещиноватые скальные грунты, в пре- делах которых нет опасности вывалов и выноса заполняющего трещины материала в полость скважины, при отсутствии скважинного насоса или при расположении его выше водоприемной части скважины; нескальные грунты при исполь- зовании скважин с уширенной водоприемной по- лостью, образованной в результате выноса поро- ды из водоносного слоя 2 Трубчатые фильтры—трубы с круглой или щеле- вой перфорацией без обсыпки и без водоприем- ного покрытия Трещиноватые скальные и крупиообломочныё грунты при отсутствии опасности выноса матери- ала из трещин; при надлежащем обосновании гравелистые грунты 3 Трубчатые фильтры с водоприемным покрытием из проволочной обмотки, штампованного листа с отверстиями или сетки, а также — фильтры из штампованного листа без опорного каркаса и без обсыпки Трубчатые фильтры с водоприемным покрытием по п. 3 и фильтры из штампованного листа с песчано-гравийной обсыпкой При надлежащем обосновании —- крупные пески, гравелистые грунты, крупиообломочные и трещи- новатые. скальные породы при отсутствии опасно- сти выноса песчаного материала в скважину 4 Пески и другие грунты при опасности выноса мелких частиц в скважину 5 Каркасно-стержневые фильтры с водоприемным покрытием по п. 3 По п. 3 гри условии расположения скважинного насоса над фильтром или в скважинах, работа- ющих без насоса 6 Каркасно-стержневые фильтры с водоприемным покрытием по п. 3 и с песчано-гравийной обсып- кой По п. 4 при условии расположения скважинного насоса ^над фильтром или в скважинах, работа- ющих без насосов 7 Кожуховые фильтры Грунты, в которых требуется устройство двух- слойной обсыпки и в которых созданию обсыпки непосредственным погружением в скважину пес- ка и гравия препятствуют напорные воды Примечание. Применение фильтров без обсыпки допускается в тех случаях, когда возможные обру- тения грунтов не вызывают отрицательных последствий на прилегающей к скважинам территории. ТАБЛИЦА 19.9. ТРУБЧАТЫЕ И КАРКАСНО-СТЕРЖНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ Типоразмер секции Диаметр, мм Масса, кг Тнпор азмер секции Диаметр, мм. Масса, кг наружный внутрен- ний наружный внутрен- ний Фильтры трубчатые перфорированные Фильтры стержневые (каркасы) Т-5Ф1В 168 132 69 С-5Ф5В 174 132 69 Т-6Ф1В 188 152 91 С-6Ф5В 196 152 77 Т-8Ф1В 245 203 118 С-8Ф5В 247 203 88 Т-10Ф1В 299 255 168 С-10Ф5В 301 255 105 Т-12Ф1 325 307 195 С-12Ф5В . 352 307 161 Т-14Ф1 377 259 227 С-14Ф5В 405 359 178 Т-16Ф1 426 408 259 С-16Ф6В 454 408 202 Фильтры трубчатые с проволочной обмоткой Фильтры стержневые с проволочной обмоткой из нержавеющей стал и из нержавеющей стали ТП-5Ф2В 168 132 82 СП-5Ф7В 178 132 80 ТП-6Ф2В 18и 152 106 СП-6Ф7В 200 152 89 ТП-8Ф2В 245 203 136 СП-8Ф7В 251 203 103 ТП-10Ф2В 299 255 203 СП-10Ф7В 307 255 136 ТП-12Ф2 341 307 229 СП-12<Ь"В 3,59 307 158 ТП-14Ф2 393 359 266 СП-14Ф7В 411 359 180 ТП-16Ф2 442 408 304 СП-16Ф7В 460 408 200 Фильтры труб чатые с просечным листом Фильтры стержневые с просечным листом из нержавеющей стали из нержавеющей Стали ТЛ-5Ф4В 168 132 82 СЛ-5Ф11В 176 132 81 ТЛ-6Ф4В 188 152 107 СЛ-6Ф11В 198 152 90 ТЛ-8Ф4В 245 203 137 СЛ-8Ф11В 249 203 104 ТЛ-10Ф4В 299 255 190 СЛ-10Ф11В 303 255 122 ТЛ-12Ф4В 339 307 223 СЛ-12Ф11В 355 307 189 ТЛ-14Ф4 391 359 259 СЛ-14Ф11В 407 359 210 ТЛ-16Ф4 440 408 294 СЛ-16Ф11В 456 408 237
428 Глава 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.10. ОБСАДНЫЕ ТРУБЫ. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТИПОРАЗМЕРЫ (ГОСТ 632-80) Условный диаметр ' трубы, мм Труба Муфта толщина стенки, мм масса 1 м длины, кг наружный диаметр, мм масса, кг 114 7,4 19,4 127,0 3,7 127 7,5 22,1 141,3 4,6 140 7,7 25,1 153,7 5,2 . 146 8,5 28,8 166,0 8,0 168 8,9 35,1 187,7 9,1 178 . 9,2 38,2 194,5 8,3 194 9,5 43,3 215,9 12,2 . 219 10,2 52,3 244,5 16,2 .. 245 10,0 58,0 269,9 17,9 273 10,2 65,9 298,5 20,7 299 11,1 78,3 323,9 22,5 324 11,0 84,8 351,0 23,4 .340 10,9 88,6 365,1 25,5 351 11,0 92,2 376,0 29,0 377 11,0 99,3 402,0 31,0 406 11,1 108,3 431,8 35,9 426 11,0 112,6 451,0 37,5 473 11,1 125,9 .508,0 54,0 5)8 11,1 136,3 533,4 44,6 Продолжение табл. 19.12 Примечания: 1, Условные обозначения: £>50— диаметр частиц, мельче которых в подбираемом слое обсыпки содержится 50 % по массе; d50 — диаметр частиц, мельче которых в грунте, прилегающем к подбираемому слою (или в наружном слое обсыпки при подборе ее внутреннего слоя, или в слое обсып- ки, прилегающей к фильтру либо к дренажной тру- бе, при подборе размеров отверстий в трубах), со- держится 50 % по массе; Рц, D.o. Dao — крупность частиц, мельче которых в материале каждого слоя обсыпки содержится соответственно 10, 60, 80 % по массе, мм; б0 — толщина одного глоя обсыпки, мм; D — наружный диаметр фильтра, мм; Do — диаметр проходных отверстий (ширина щелей просвета) фильтра, мм. 2. При пересечении фильтрами водопонизительной системы нескольких водоносных слоев или прослоек D5o обсыпки следует подбирать по наименьшему значению da, определенному при гранулометрическом анализе всех отобранных образцов породы но с со- блюдением, для каждого пересекаемого слоя условия Dja>d-M. Если значения d^,a различных слоев настоль- ко отличаются между собой, что это условие невы- полнимо, то в порядке исключения следует преду- сматривать обсыпку с различными значениями D50 по высоте фильтра. 3. Если первое условие таблицы невыполнимо для однослойной обсыпки, то необходимо предусматри- вать двухслойную обсыпку. ТАБЛИЦА 19.11. СТЕРЖНЕВЫЕ КАРКАСЫ ФИЛЬТРОВ Диаметр патрубка, мм Диаметр стержней, мм Число стержней по образующей наружный внутренний 219 210 14 12 273 255 14 12 325 305 16 20 377 355 16 24 426 . 402 ' 16 32 ТАБЛИЦА 19.1?. ДОПУСТИМЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕСЧАНО-ГРАВИЙНЫХ ОБСЫПОК ДЛЯ ПОДБОРА ИХ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА Параметры Допустимые значения Отношение . крупности частиц обсыпки к крупности частиц прилегающего к ней грунта (для однослойной и наружного 5с <10 ^50 слоя двухслойной обсыпок) и частиц внутреннего слоя обсып- ки к частицам ее наружного слоя С о о г ношение частиц р а з л 11 ч и о й кру I; иости в ма те р иал с, харак- теризующее его однородность: для одного слоя обсыпки трубчатых дренажей <10 ^10 при укладке обсыпки фильт- ров скважин на поверхности <б (например, для внутреннего слоя кожуховых фильтров) ^10 при укладке обсыпки фильт- ров скважин путе?л сбрасы- вания п есч а н о- гр а вий нг о ма- териала между фильтровой и обсадной колоннами Л10 Толщина одного слоя обсыпки: бп>100Ч-150 мм для трубчатых дренажей » фильтров скважин 25 D Размер проходных отверстий фильтра (дренажной трубы) с учетом состава прилегающего слоя обсыпки вынос фильтрационным потоком мелких частиц грунта может привести к кольматации сква- жин, дренажа и других водозаборных уст- ройств. Для борьбы с кольматацией выполня- ются профилактические мероприятия и из при- фильтровой зоны удаляется кольматант. К про- филактическим мероприятиям относятся при- менение для фильтров полимерных материалов, окраска фильтров, применение песчано-гравий- ной обсыпки увеличенной толщины, установка (при возможности) насоса вне зоны фильтра и т. п. Для удаления кольматанта применяют гидравлический, химический, взрывной, пневмо- ударный, ультразвуковой, электрогидродинами- ческий и другие способы. В случаях когда в процессе эксплуатации водопонизительной системы возможна кольма- тация фильтров скважин, в проекте должны ТАБЛИЦА 19.13. РАСХОД ПЕСЧАНО- ГРАВИЙНОЙ ОБСЫПКИ НА 1 м ВЫСОТЫ СКВАЖИНЫ Условный диаметр, мм Объем обсыпки, м3 обсадных колонн фильтра 200 0,110 400 250 0,091 300 0,065 150 0,094 350 200 0,077 250 0,056 100 0,075 300 150 0,068 200 0,048 9 ЧП 100 0,049 150 0,038
19.3. Конструктивные решения 429 быть определены способы и средства борьбы ,с этим явлением и предусмотрены определен- ные денежные затраты на проведение этих ра- бот. 19.2.7. Иглофильтры Общая характеристика и область приме- нения отечественных серийно изготовляемых иглофильтровых установок приведены в табл. 19.14. Для всех иглофильтровых установок при использовании их в грунтах с коэффициентами фильтрации менее 5 м/сут необходимо преду- жины над обсыпкой должен быть устроен глиняный тампон высотой не менее 1м. При расположении насосного агрегата и коллектора на поверхности земли установки типа УВВ работают эффективно, если выдер- живаются соотношения между глубинами вы- емок и глубинами залегания водоупора, при- веденные в табл. 19.15. Насосные агрегаты установок типа УВВ могут присоединяться к скважинам, забури- ваемым из дренажных галерей и шахт .тучевых водозаборов, для повышения эффективности работы этих скважин. ТАБЛИЦА 19.14. ТИПЫ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИГЛОФИЛЬТРОВЫХ УСТАНОВОК Иглофильтровая установка Область применения Типа ЛИУ (рис. 19.15) с легкими (не снабженными ин- дивидуальными водоподъемниками) иглофильтрами и насосами, способными создавать вакуум лишь в преде- лах всасывающего коллектора и самого иглофильтра Типа УВВ с легкими иглофильтрами и достаточно мощ- ными эжекторами или вакуум-насосами, устанавливае- мыми на поверхности и способными создавать вакуум на наружной поверхности иглофильтров Типа ЭИ (рис. 19.16) с иглофильтрами, снабженными (каждый) индивидуальными эжекторными водоподъем- никами, способными создавать вакуум на наружной по- верхности фильтра на требуемой глубине, и высокона- порными центробежными насосами Tima ЭВВУ с вакуум-концентрическими водоприемника- ми, эжекторными иглофильтрами с дополнительной фильтровой оболочкой, способными создавать вакуум по всей высоте осушаемой толщи грунтов, и высоконапор- ными центробежными насосами Неслоистые грунты с коэффициентами фильтра- ции 2—50 м/сут при водопонижении . на глубину 4—5 м Практически однородные грунты с коэффициен- тами фильтрации 0,1—2 м/сут при водопонижении на глубину до 6—7 м и с коэффициентами фильт- рации 2—5 м/сут на глубину до 6 м при распо- ложении насосного агрегата и колтектора на' по- верхности То же, на глубину до 10—12 м, а при соответст- вующем обосновании до 20 м Переслаивающиеся водоносные и водоупорные слои при водопонижении на глубину до 20 м сматривать устройство вокруг иглофильтров и вакуум-концентрических водоприемников пес- чаной обсыпки с диаметром частиц 2—5 мм на всю высоту осушаемого слоя грунта. При ва- куумном водопонижении в верхней части сква- Рис. 19.15. Иглофильтровая установка типа ЛИУ / — иглофильтр; 2— песчано-гравийная обсыпка; 3 — глиняный тампон; 4—всасывающий коллектор; 5 — насосный агрегат; 6 — напорный трубопровод; 7 — сбросной трубопровод; S —- пониженный уровень под- земных вод Рис. 19.16. Установка с эжекторными иглофильтрами 1 — иглофильтр; 2— глиняный тампон; 3 — пробковые краны; 4 — распределительный напорный трубопровод; 5 — сбросной коллектор; 6 — центробежный насос; 7 — задвижки: 8 — циркуляционный бак; 9 — пони- женный уровень подземных вод
430 Глава 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.15. УСЛОВИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ РАБОТЫ УСТАНОВОК ТИПА УВВ Характеристика выемки по степени вскрытия ВОДОНОСНОГО СЛОЯ Глубина, выемки, не более, м Глубина залегания водо- упора, м Совершенные б <8 Несовершенные 7,5 7 6,5 <9 <12 Без ограничении ТАБЛИЦА 19.16. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ИГЛОФИЛЬТРОВЫХ СИСТЕМ Коэффициент фильтрации осушаемого грунта k. м/сут Водоносный слой Проектный срок предварительной откачки, сут Расстояние от приемных звеньев до откоса, м , Требуемое понижение, м Шаг иглофильт- ров, м 0,1—0,5 Напорный 12—3 >1,5 <5 2,25 1,5 Безнапорный 20—7 >.7 0,75 0,5—2 Напорный 5—3 >1,5 при fe=0,5 м/сут >3 при k=2 м/сут <5 5—7 2,25 1,5 Безнапорный 7—5 >7 0,75 Напорный 2—3 Безнапорный 3—5 <5 1,5 >3 >s 0,75 При необходимости понижения уровня подземных вод в слое слабопроницаемых грун- тов, подстилающихся более проницаемыми грунтами, иглофильтры следует заглублять в более проницаемый подстилающий слой (см. рис. 19.15). Иглофильтры должны занимать в скважине центральное положение. При выборе основных параметров иглофильтровых систем рекомендуется руководствоваться данными, приведенными в табл. 19.16. ' 19.2.8. Наблюдательные скважины • Наблюдательные скважины должны уст- раиваться во всех водоносных слоях, из кото- рых производится забор воды. Располагают эти скважины в расчетных точках, на расчет- ных створах и в районе водопонизительных устройств. Наблюдательные скважины (рис. 19.17) должны иметь фильтровую колонну, за- крытую сверху крышкой. Для наблюдения иа небольшой глубине могут быть использованы иглофильтры. 19.2.9 . Водопонизительные системы Совокупность устройств и средств, предна- значенных для приема, откачки и отвода под- земных вод с целью понижения их уровня, со- ставляет водопонизительную систему. Постоян- ные водопонизительные системы для защиты территорий и сооружений от подземных вод принято называть дренажными системами. Водоотлив, применяемый самостоятельно на отдельных объектах, например при разра- ботке котлована или карьера в устойчивых грунтах, образует систему водоотлива, в кото- рой котлован схематизируется как отдельный водозаборный колодец с радиальным направ- лением к нему фильтрационного потока. К схе- ме «колодца» приводятся также пластовые дренажи отдельных объектов, отдельные (не взаимодействующие) водопонизительные сква- жины, лучевые водозаборы. Взаимодействующие водопонизительные скважины (открытые или вакуумные), игло- фильтры, траншейные, трубчатые и галерейные дренажи применяются в основном в виде ли- нейных и контурных систем. Реже использу- ются систематические дренажи и групповые, системы. В линейной системе водопонизительные устройства расположены по линии, условно схематизируемой как прямая, что при достаточ- ной длине позволяет рассматривать фильтраци- онный поток как плоский. В контурной системе водопонизительные устройства располагаются по контуру вокруг сооружения, котлована и т. п. Замкнутый кон- тур условно схематизируется как кольцевой Рис. 19.17. Наблюдательная сквжаина 1 — кондуктор; 2 — надфильтровая труба; 3 —• фильтр; 4 — седло; 5 — шаровой клапан
19.2, Конструктивные решения 43’ (фильтрационный поток — радиальный), не- замкнутый контур—-как дуга круга и назы- вается неполнокольцевым. Систематической называется такая дренаж- ная система, в которой водопонизительные устройства располагаются на осушаемой пло- щади с определенным шагом. В групповой системе водопонизительные устройства распределяются по площади в со- ответствии с местными условиями без привяз- ки к определенной геометрической схеме.' Виды основных водопонизительных (дре- нажных) систем и условия их применения при- ведены в табл. 19.17. Кроме того, применяют- ся также сложные системы, которые компону- ются из основных водопонизительных систем с использованием одного или нескольких спосо- бов водопонижения. Например, в устойчивых грунтах, если представляется возможным ор- ганизовать водоотлив непосредственно из кот- лована, можно ограничиться применением это- го способа. В случае когда водоносный слой имеет значительную толщину ниже Отметки, до кото- рой требуется понизить уровень воды, и соот- ветствующую фильтрационную способность, Рис. 19.18. Водопонижение иглофильтрами с дренаж- ной пригрузкой откоса 1 — иглофильтр; 1 — пониженный уровень подземных вод; 3 — дренажная пригрузке Рис. 19.19. Ярусное водопонижение иглофильтрами Г — иглофильтры верхнего яруса; 2 — иглофильтры нижнего яруса: 3 — конечное положение пониженного уровня Подземных вод
432 Глава 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.17. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ Схема . Условия, применения Продолжение табл. 19.17 Схема Условия применения Индивидуальная си- стема: открытый водо- отлив при. разра- ботке котлованов; пластовый дре- наж отдельных заглубленных объектов Линейная головная система для защиты территорий и соору- жений от фильтраци- онного потока со сто- роны водораздела: в наклонных во- доносных слоях; при возможности применения труб- чатого или гале- рейного дренажа с расположением на водоупоре; при положении уровня воды в во- доеме ниже тре- буемого пониже- ния уровня под- земных вод на объекте Кольцевая система для защиты объектов различной конфигу- рации при всесторон- нем притоке подзем- ных вод Линейная система для вытянутых в пла- не объектов, имею- щих значительную протяженность и уда- ленных от водоема: при односторон- нем притоке; при достаточно глубоком относи- тельно требуемо- го понижения уровня подзем- ных вод залега- нии подошвы во- доносного слоя Неполнокольцевая система для защиты объектов различной конфигурации при отсутствии притока со стороны части контура защищаемо- го объекта Систематическая дренажная система для постоянной за- щиты объектов, рас- положенных на зна- чительной площади, при наличии питания подземных вод внут- ри защищаемой пло- щади Линейная береговая система: для водопониже- ния на террито- риях при притоке со стороны водое- ма; для защиты тер- ритории от под- топления со сто- роны водоема при ожидаемом подъеме уровня воды в нем Двухрядная система (из двух линейных систем) для протя- женных объектов при неглубоком относи- тельно требуемого понижения уровня подземных вод зале- гании водоупора и ожидаемом двусто- роннем притоке- к объекту Групповая система (расположение водо- понизительных уст- ройств не привязано к определенному гео- метрическому конту- ру) для водопониже- ния на территории, где расположение водопонизительных устройств определя- ется условиями заст- ройки или особенно- стями гидрогеологи- ческих условий Экспликация к эскизам: 1 — котлован; 2 — непониженный уровень подземных вод; 3 — пла- стовый дренаж на откосах (дренажная пригрузка); 4 — водосборная канава; 5 — защищаемое сооруже- ние; 6 — пристенный дренаж; 7 — пластовый дренаж в основании сооружения; 8 — трубчатая дрена; 9 — ось водопонизительных (дренажных) устройств; 10— пониженный уровень подземных вод' И — насосная станция; 12 — горизонтали поверхности земли
19.3. Исходные данные для проектирования 433 Рис. 19.20. Система водопонижения карьера 1— сквозные фильтры; 2 — эжекторные иглофильтро- вые установки; 3 — пластовые дренажи на откосе: 4 — пониженный уровень подземных вод; 5 — шахт- ный ствол: 6 — подземная насосная станция; 7 — во- досборники; 5 — подземные выработки; .9 — дренаж- ные канавки; 1 — супесь; II— мел; III — песок; IV— глина; V — рудное тело; VI — трещиноватые скаль- ные породы задачи водопонижения можно решать с по- мощью одних лишь иглофильтров или откры- тых водопонизительных скважин. В другом слу- чае, применяя открытые водопонизительные скважины или установки типа ЛИУ, располо- женные вне котлована, прорезающего водо- упорные прослойки или заглубляемого до во- доупора (или близко к нему), внутри котлова- на приходится прибегать к дополнительному водоотливу, к использованию дренажа (рис. 19.18) и т.п. К сложным относятся системы ярусного водопонижения, применяемого с ис- пользованием, в частности, иглофильтровых установок (рис. 19.19) при расположении иг- лофильтров на двух или нескольких горизон- тах по высоте. Возможны и более сложные во- допонизительные системы, включающие внеш- ний кольцевой дренаж из водопонизительных скважин, оборудованных глубинными насоса- ми, или из сквозных фильтров и подземных дренажных галерей и дополнительных водопо- низительных устройств в самой выемке: игло- фильтров, водопонизительных скважин, труб- чатых дренажей и др. (рис. 19.20). Выбор ме- тодов и систем водопонижения в каждом отдельном случае производится с учетом технико-экономических соображений, местных условий и возможностей строительных органи- заций. 28—213 19.2.10 . Отвод воды от водопонизительных систем Воды, собираемые и откачиваемые водо- понизительными (дренажными) системами, должны быть максимально использованы в на- родном хозяйстве. Неиспользованная часть во- ды отводится и сбрасывается в овраги, водое- мы, дождевую канализацию или в другие от- веденные для сброса места самотеком или по напорным трубопроводам. При необходимости предусматриваются перекачивающие насосные станции. Самотечный отвод воды осуществляется по трубопроводам, лоткам и открытым кана- вам. Сечение и продольный уклон, канав вы- бирают из условия допускаемых (неразмыва- ющих) скоростей для данных грунтов. Мини- мальный продольный уклон канав должен быть не менее 0,003 (в исключительных случа- ях 0,002) и назначаться в зависимости о? рельефа поверхности. Крепление канавы при- нимают в зависимости от грунтовых условий и гидравлического режима потока в канаве. В местах сброса воды необходимо устраи- вать водобойные колодцы и принимать другие защитные меры против размыва грунтов. 19.3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ Техническое задание должно содержать данные, освещающие технологию строительных и эксплуатационных работ, которые должны будут выполняться под защитой водопонизи- тельной системы, требования к водопониже- нию, сведения об с г веденных местах сброса
434 Глава 19- Водопонижение откачиваемых вод и материалы изысканий, включающие: гидролого-метеорологический очерк; топографические планы района в масшта- бах, устанавливаемых проектной организацией; характеристику геологического строения, тектонической нарушенности толщи, неотекто- ники, сейсмических и других особых условий (наличие вечной мерзлоты, карста, оползне- вых явлений и др.); геологические разрезы и профили на уча- стке работ и при необходимости в пределах распространения водоносных слоев до обла- стей питания и дренажа на глубину до основ- ного водоупорного пласта; сведения о физико-механических свойствах горных пород; характеристику гидрогеологических усло- вий — сведения о водоносных слоях, источни- ках и областях их питания, взаимосвязи меж- ду ними, естественном дренаже подземных вод, их химическом составе, температурах; о ко- эффициентах фильтрации, пьезопроводности, уровнепроводности и водоотдачи грунтов, оп- ределенных с помощью опытных откачек; кар- ты распространения водоносных слоев и релье- фа их кровли и подошвы, а также гидроизо- гипс и гидроизопьез. 19.4. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ 19.4.1. Основные положения по расчетам водопонизительных систем Расчетами водопонизительных и дренаж- ных систем должны определяться: понижения уровней подземных вод в характерных точках, в том числе и в водопонизительных устройст- вах; время достижения требуемого уровня подземных вод; притоки подземных вод к водо- понизительным устройствам по этапам их раз- вития; производительность; размеры, число, шаг и другие параметры водопонизительных, водосборных и водоотводящих устройств. Для расчетов водопонизительной системы необходимо прежде всего выбрать расчетные схемы, которые составляются на основании конкретизации задач проектируемого водопо- нижения, а также схематизации природных ус- ловий и водопонизительной системы. Расчет- ные отметки пониженного уровня подземных вод в связи с возможными его колебаниями должны быть, как правило, более низкими, чем требуемые отметки. Они определяются для характерных фиксированных точек на участках проектируемого объекта. При схематизации природных условий тол- ща грунтов разбивается на условно однород- ные водоносные и водоупорные или условно водоупорные слои. Кроме того, необходимо схематизировать границы и условия питания водоносных слоев. При этом водоносный слой может быть принят полностью или частично: неограниченным; граничащим с областью пи- тания; имеющим водонепроницаемую границу. Питание водоносных слоев может принимать- ся за счет притока из водоема или водотока, инфильтрации атмосферных осадков, перетека- ния из одного водоносного слоя в другой. Водопонизительные системы схематизиру- ются по этапам развития и приводятся преи- мущественно к одной из схем табл. 19.17. Оп- ределение указанных выше параметров сво- дится в основном к расчетам линейных, кон- турных или групповых систем и ведется длч установившегося и неустановившегося режима фильтрации. Расчет водопонизительной системы дли- тельного действия обычно следует начинать исходя из условия установившегося режима фильтрации. Выбранные в результате этого расчета оборудование и другие средства при- нимаются за основные; их количество и пара- метры будут служить также для контроля рас- четов начального периода работ, необходимые дополнительные средства для которого долж- ны быть сведены к возможному минимуму. По установившемуся режиму рассчитываются дре- нажные системы. Расчеты по неустановившемуся режиму выполняют: для сравнительно кратковременных водопонизительных работ; для первоначально- го периода работы водопонизительных систем, рассчитанных на длительный срок работы, при близкой области питания; для более длитель- ного периода работы водопонизительных си- стем при отдаленной области питания; для поддержания проектных уровней при измене- нии условий питания (например, в паводок). Одновременно с расчетом притока при неуста- новившемся режиме определяется и время до- стижения требуемого понижения в заданных фиксированных точках и в скважинах по эта- пам работ. На разрезах должны быть показа- ны расчетные кривые депресснонной поверх- ности. Общий порядок расчета водопонизитель- ной (дренажной) системы или ее части следу- ющий: устанавливают требуемое понижение уров- ня подземных вод под дном котлована, соору- жения и в других фиксированных точках (в за- висимости от постановки задачи водопониже- ния) ; рассчитывают приток к водопонизительной (дренажной) системе; исходя из общего притока задаются чис-
19.4. Методы расчетов 43S лом скважин (или других водопонизительных устройств) с учетом их ожидаемой эффектив- ности, имеющегося насосного оборудования и т. п. и определяют требуемую производитель- ность скважин (устройств); требуемую про- пускную способность дренажа и т. п.; определяют понижение уровня подземных вод в скважинах, дренах и высоту столба во- ды у водопонизительных устройств с учетом сопротивлений фильтров; устанавливают диаметр и другие парамет- ры фильтра, глубину скважины и заложение дренажа (или соответствующие параметры других водопонизительных устройств); определяют ординаты депрессионных по- верхностей, задаваясь расчетными точками так, чтобы достаточно полно осветить разви- тие водопонижения в пределах осушаемой территории, у соседних сооружений, в районе водозаборных сооружений и в точках, вы- бранных для последующих наблюдений при производстве работ; рассчитывают водоотводящие устройства; окончательно подбирают оборудование для водопонизительных работ. На некоторых этапах не все эти расчеты требуется производить. Например, нельзя ме- нять глубину водопонизительных скважин или глубину заложения дрен по этапам работ. Глубина скважины должна определяться по наихудшему периоду ее действия — при мак- симальных понижениях и притоках, то же са- мое относится п к дренажам, и к водоотводя- щнм устройствам. Допустимо также несколько видоизменять последовательность отдельных расчетов, но необходимо иметь в виду их вза- имосвязь, поскольку по результатам последу- ющих расчетов может потребоваться внесение коррективов в предыдущие расчеты—по прин- ципу последовательных приближений. 19.4,2. Определение притока подземных вод Приток подземных вод к водопонизитель- ной (дренажной) системе следует определять по формуле Q = khS/®, 09.1) где Q — полный приток подземных вод к контурной, или односторонний приток к линейной водопонизи- тельной системе, мэ/сут; k — коэффициент фильтра- ции, м/сут; h — толщина водоносного слоя при на- порной фильтрации, или средняя глубина потока, равная (H+y)R. при безнапорной фильтрации, м (здесь Н — напор подземных вод в водоносном слое, м; у — напор в расчетной точке, м); S — понижение уровня подземных вод в расчетной точке, м; Ф — фильтрационное сопротивление. При установившемся режиме величину Ф определяют по формулам табл. 19.18. Радиус депрессии R определяется в зави- симости от условий питания подземных вод и ос® вида водопонизительной (дренажной) системы. Для длинных линейных водопонизительных (дренажных) систем R — это расстояние от оси системы до границы области питания: R — L. (19.2) При двустороннем притоке к длинным ли- нейным водопонизительным системам (устрой- ствам) приток Q определяют раздельно с каж- дой стороны (в зависимости от соответствую- щих расстояний до областей питания) и сум- мируют. Для контурных и коротких линейных дрен R определяется по формулам табл. 19.19 в зависимости от условий питания подземных вод. При сравнительно непродолжительных и небольших понижениях уровня подземных вод (до 5—10 м) и отсутствии данных об источ- никах и условиях питания подземных вод, но при хорошо изученных фильтрационных свой- ствах грунтов радиус депрессии может быть определен по формулам: при безнапорной фильтрации R=r + 2sVkH; (19.3) при напорной фильтрации R = r-L 10SJ/"a. (19.4) Приведенный радиус водопонизительной системы г, м, определяется по следующим фор- мулам: для контурной водопонизительной систе- мы с соотношением сторон, равным или ме- нее 10, г = (19.5) где А — площадь, ограниченная водопонизительными устройствами; для контурной системы с соотношением сторон более 10 или для коротких линейных дрен (при 1<2L; для контурной системы I — ее большая сторона) r = 0,25Z; (19.6) для длинной линейной системы (Z>2£) г=0; (19.7) для групповой водопонизительной системы из равнодебитных скважин, не приводящейся к схеме круга или прямой линии, ,Рп, ' (19.8) где р.—расстояния от водопонизительных скважин до расчетной точки, м. Пример 19.1. Определить приток при установив- шемся режиме к контурной водопонизительной системе при понижении уровня подземных вод, необходимом для производства строительных работ, в расположен- ном вблизи устья реки котловане (рис. 19.2!) разме- рами поверху 78X68 м, по дну 18X28 м, глубиной 14 М. Расстояние от реки до котлована Л] =400, м; расстояние от водоема, в который впадает река, до
436 Глава 19. ВоВопонмжечив ТАБЛИЦА 19.18. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Ф ПРИ УСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ ФИЛЬТРАЦИИ № схемы Схема Расчетная формула Совершенная или несовершенная контурная система; приток — в за- висимости от понижения в задан- ной точке; при безнапорной или напорной фильтрации Для кольцевой системы Ф = 1п 2л для чеполнокольцевой системы Ф _ 21п I ‘с где 7? — радиус депрессии, м; г — приведенный радиус водо- понизительной системы, м; х — расстояние от центра кон- турной системы до расчетной точки вне контура (при рас- положении расчетной точки на контуре или внутри него х= =г), м; 1С — длина контура неполнокольцевой водопонизи- тельной системы, м Совершенная или несовершенная линейная система; приток — в зави- симости от понижения в заданной точке; при безнапорной или напор- ной фильтрации ф = (Я--х)/г, где х — расстояние от оси линейной системы до расчетной точки, м; I -- длина линейной системы, м Для кольцевого дренажа Кольцевой дренаж в кровле водо- носного слоя, содержащего напор- ные воды; приток при S=S =H—h ]n % | h in 8r Ф ______r+?... _____. 2л для иеполнокольцевого дренажа /. ! h . 3r \ Ф- .. ™- rh ) , где r — радиус дрены, м; Sc — понижение на контуре Кольцевой несовершенный дренаж в водоносном слое, содержащем безнапорные воды; приток при 5= =sc=//-.i/c Для кольцевого дренажа , R , &с , 8г In----------1------ In---- ф... г + яг rh 2л для иеполнокольцевого дренажа R , ус Sr \ , ~г In г Г + Ус яг rh Л 1 'С где у с — напор на контуре (уровень воды в дрене), м 2 2fi , h , _) 1 л nrh ) I Линейный дренаж в кровле слоя, содержащего напорные воды; при- ток при S-S„~Н—h
19.4. Методы расчетов 437 Продолжение табл. 19.18 № схемы Схема Расчетная формула Линейный несовершенный дренаж в слое, содержащем безнапорные во- ды; приток при S=S =Н—у При rlh > 0,5 Ф = 1n {R/r} . 2л при r/h < 0,5 Котлован (пластовый дренаж), вскрывающий напорный водоносный слой 2лг При г /у >0,5 4- 0,515—— In h Ф = г h + Vft3 4- г3 8 Котлован (пластовый дренаж в без- напорном водоносном слое) In (R/r) In (R/r) + 0,44t//r при r/h<0,5 где у — напор в котловане, м Траншея (пластовый дренаж), вскрывающая напорный водоносный слой При b/h >0,5 Ф = (L + 0,44(г)/; при Ь/!г<0,5 4ft \ L 4- 0,638ft In—— ] /I, nb ) где b — половина ширины траншеи, м: L — расстояние от траншеи до области питания, м При Ыу >0,5 10 при Ь/у<0,5 Траншея (пластовый дренаж) в без напорном водоносном слое где п — заложение откоса • ft rP~S2 ~ у Г" ’ 2L ' L + 0,44yP
438 Глава 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.19. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИУСА ДЕПРЕССИИ № схемы Расчетная схема Область применения формулы Расчетная формула 1 t у • Водоносный слой, ограниченный од- ной линейной границей области пи- тания 7?=2Li 0 О о 0 < 0 , $ Водоносный слой, имеющий две ли- нейные взаимно перпендикулярные границы: а — области питания; б— водонепроницаемой области Для условий а /? = 2L1L2/]/ для условий б 7? = 2L1]/r Водоносный слой, имеющий две ли- Для условий а нейные параллельные границы: а— области питания; б-» водонепрони- — л? _ . JT Се R LjSin — цаемой области Л ДЛЯ условий в /? = — LiCtgHLCs. л 2 Неограниченный водоносный слой, питание которого происходит путем инфильтрации поверхностных вод интенсивностью р R = г + Я]/" k/('2p) Содержащий напорные воды не- ограниченный водоносный слой, пи- тание которого происходит путем перетекания воды из лежащего вы- ше слоя R = г + Уkhhjk, , где fej — коэффициент фильтрации разделяющего слоя котлована £2=700 м; коэффициент фильтрации I во- доносного слоя fti = 10 м/сут; удельный вес грунта yi = = 17,65 кН/м3; коэффициент фильтрации II водонос- ного слоя /г2=20 м/сут; область питания II водо- носного слоя находится на расстоянии /?2=360 м; при напоре на кровлю водоразделяющего слоя /Д-=24 м; удельный вес грунта водоразделяющегэ слоя у = = 19,61 кН/м3. Решение. Водопонизительные скважины распола- гаем на расстоянии 2 м от бровки котлована по пря- моугольному контуру со сторонами 72 и 82 м. Приве- денный радиус системы по формуле (19.5) г = У72-82/3,14 = 43,4 м. Радиус влияния контурной системы для I водо- носного слоя по формуле схемы 2, а (см. табл. 19.19) /? = 2- 400 • 700/1^400“ -ф 7002 = 695 м. Требуемое понижение уровня подземных вод в I водоносном слое принимаем на 1 м ниже дна кот- лована, т. е. 3, = 13 м. Требуемое понижение напора во II водоносном слое принимаем из условия, чтобы остаточный напор на кровлю водоносного слоя урав- новешивался давлением водоупорного слоя и зале- гающего вад ним грунта, составляющим 17,65-6 + + 19,61-4=184.3 кПа, что эквивалентно напору 184,3/9,81 = 18,8 м. Отсюда S5=24--18,8=5,2 м. Значение Ф находим по формуле схемы 1 табл, 19.18: для I водоносного слоя
19.4. Методы расчетов 439 Рис. 19 21. К примеру 19.1 (размеры в м) ] — уровень подземных вод I водоносного слоя; 2 — то же, II водоносного слоя; 3 — пониженный уровень подземных вод I водоносного слоя; 4— то же, II водоносного слоя 2-3,14 для II водоносного слоя ф2^-25_<36°/^£,^о,34. 2-3,14 Значение h в I водоносном слое hj =[18+ (18— 13)]/2 = 11,5 м. Приток подземных вод определяем по формуле (19.1): „ 10-11,5-13 , 20-8-5,2 ,, О == „----------1_ ,------- — 5845 мз/СуТ. 0,44 0,34 Пример 19.2. Определить приток подземных вод к несовершенному кольцевому дренажу, заглубленно- му на 4 м в безнапорный водоносный слой, питаю- щийся за счет инфильтрации поверхностных вод. Да- но: /7=10 м; А=12 м/сут; р = 0,002 м/сут; размеры дренажной системы в плане 40X60 м; г^=0,5 м. Решение. Определяем приведенный радиус дре- нажной системы по формуле (19.5): г = "/60.40/3,14 = 27,6 м. Радиус влияния дренажной системы по формуле схемы 4 табл, 19.19 будет: R = 27,6 + 10 /12/(2-0,002) = 575 м. Фильтрационное сопротивление находим по фор- муле схемы 4 табл. 19.18: , 575 , 6 , 8-27,6 Л 276,6+6 3.14-27,6 0,5 ф -----------:-------------------------- = 0,52. 2-3,14 Находим значение /г: /г = (Ю + 6)/2 = 8 м. Приток к дренажной системе вычисляем по фор- муле (19.1): 12,8-4 Q = —— = 738 мч/сут. Пример 19,3. Определить приток подземных вод к пластовому дренажу, вскрывающему напорный пласт. Дано: площадь дренажа 14X20 м; /7=18 м: 5=6 м; /г = 12 м, /г = 8 м/сут; Р = 360 м. Решение. Приведенный радиус пластового дрена- жа находим по формуле (19.5): г =/ 14-20/3,14 = 9,5 м. Для определения Ф применяем формулу схемы 7 табл. 19.18 для случая, соответствующего отноше- нию +?.=9,5/12=0,8>0,5: ф = 1П (360/9,5) + (0,44-12/9,5) _ 0 67 2-3,14 Приток подземных вод к дренажной системе по формуле (19.1) будет: Q — ——— 6. __ 860 м3/сут. 0.67 При определении притока подземных вод к водопонизительным системам и к выработкам по формуле (19.1) для начального периода не- установившегося режима (пока депрессия не достигнет области питания) можно опреде- лять Ф по формулам табл. 19.18 исходя из значений R, вычисленных для соответствующих моментов времени по формулам: при безнапорной фильтрации ul/'tW; (19-9) при напорной фильтрации /? = r-Н _ (19.10) где t — период работы водопонизительной системы (водопонизительных устройств),' сут; — уровне- проводность, м2/сут, определяемая опытным путем и по формуле aic = kh/fiic; (19.11) арс — пьезопроводность, м2/сут, определяемая опыт- ным путем или при наличии необходимых данных по формуле арс. = kh/p.pc; (19.12) здесь ц ^с~ гравитационная водоотдача грунта; ц—упругая водоотдача водоносного слоя. 0,52 ТАБЛ И Ц А 19.20. ПЬЕЗО П РОВОД НОСТЬ ГРУНТОВ Грунты арс’ м2/сут Грунты 'Д,- М2/СУТ Глинистые (суглинки) Пески пылеватые, супеси .... Пески мелкие 20—800 100—1000 (0.25-Й1,25)10* Пески средней крупности и граве- листые Гадечно-гравелнстые - ..... (0.15—-1)10’ (0,5—1)10’' (1 ) 10'
440 Глава 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.21. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИОННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Ф ПРИ Н ЕУСТАНОВ ИВШ ЕМСЯ РЕЖИМЕ ФИЛЬТРАЦИИ № Схема и условия питания схемы водоносного слоя Расчетная формула ф_____1 Г р~ \ 4л * \ 4д£ ) для центра системы р=г; для одиночной скважины P~f^ __ 1 Гр f И + F f Л'! + Lu I jo • I — — | х L . — 4л [_ ! \ 4а« ) г \ для функций ±Е г- знак плюс соответствует непроницаемому контуру знак минус >•—контуру питания, для центра системы р—г, х—0, у—О Слой ограничен прямолиней- ным контуром питания или непроницаемым контуром Слой ограничен двумя пер- пендикулярными контурами Для центра системы ]/~ Г+ 4 at питания 3 Слой ограничен двумя па- раллельными контурами пи- тания Для центра системы 1 4л Слой ограничен параллель- ными контурами питания и непроницаемым
19.4. Методы расчетов 441 Продолжение табл. 19.21 № схемы Схема и условия питания водоносного слоя Расчетная формула Слой ограничен перпендику- лярными контурами: пита- ния и непроницаемым Для центра системы Для центра системы где Слой ограничен круговым контуром питания Слой ограничен прямолиней- ным контуром питания или непроницаемым контуром для функции . знак плюс соответствует непроницаемому контуру, знак минус — контуру питания; 'Ч для равнодебитных скважин при < 0,18 4at ф — ------- in _£L — при контуре питания; 2Л р Л 1 , 2,25 at ф = —— 1Г1 — — при непроницаемом контуре, 2л р р где р р2 . . • Ра ।
442 Глаза 19. Водопонижение Продолжение табл. 19.21 № схемы Схема и условия питания водоносного слоя Расчетная формула 10 знаки функций ±Е для разных схем питания: а) х и у — коцтуры питания: н-----Н б) х и у — непроницаемые контуры: + + Д- +; в) х — контур питания, у — непроницаемый контур; -)-1--; для равяодебитиых скважин: У в начальйый период откачки при ‘ п',п 4аг > 3 Слой ограничен двумя пер- пендикулярными контурами: питания или непроницаемы- ми при длительной откачке для разных схем питания при Р,пах <0,1г 4ai а) Ф =Д in Т ~//Z 2эт йЛ —/ К Р Р Р Р — / - /// в) Ф = -2— In _Р_Р— Одт *“ р р Примечание. Функция Е х) принимается по табл. 19.22. Ориентировочные значения пьезопроводно- сти некоторых видов грунтов приведены в табл. 19.20. При значительном понижении и длитель- ном неустановившемся режиме [3] значения Ф для определения притока по формуле (19.1) к контурным и коротким линейным водопонизи- тельным системам, а также к групповым си- стемам, не приводящимся к контурным и ли- нейным схемам, следует принимать по форму- лам табл. 19.21, а для определения притока к длинным линейным водопонизительным систе- мам по формуле (19.1) значения Ф опреде- ляются из выражения х [F (^i) — F (н2)1 2/Н]_ где (19.13) (19.14) tZi — 2 ’ значения функции F(u) принимаются по рис. 19.22; при безнапорной фильтрации а — аи, а при напорной а — а-ра.
19.4. Методы расчетов 443 ТАБЛИЦА 19.22. ЗНАЧЕНИЯ ФУНКЦИИ Е . (—х) г X Е,- (— х) X 0—х) X Е. (—х) X Е. (— х) 0 — оо 0,6 —0,454 2,2 —0,0372 4,2 —0,297.10““ 0,01 —4,038 0,65 —0,412 2,3 —0,0325 4,3 -0,263-10““ 0,02 —3,355 0,7 —0,374 2,4 —0,0284 4,4 —0,234-10“2 0,03 —2,959 0,75 —0,34 2,5 —0,0249 4,5 —0,207-10“a 0,04 —2,681 0,8 —0,311 2,6 —0,0219 4,6 —0,184-10“3 0,05 —2,468 0,85 —0,284 2,7 —0,0192 4,7 —0,164-10“2 0,06 —2,295 0,9 —0,26 2,8 —0,0169 4,8 —0,145-10“2 0,07 —2,151 0,95 —0,239 2,9 —0,0148 4,9 —0,129-10“3 0,08 —2,027 1 —0,219 3 —0,013 5 —0,115-10“2 0,09 —1.919 1,1 —0,186 3,1 —0,0115 6 —0,36-10“3 0,1 —1,823 1,2 —0,158 3,2 —0,0101 7 —0,116.10“3 0,15 —1,465 1,3 —0,135 3,3 —0,894 -10“2 8 —0,377-10“4 0,2 —1,233 1,4 —0,116 3,4 —0,789-10“2 9 —0,125-10“4 0,25 —1,044 1,5 —0,1 3,5 -0,697-10—2 10 -0,416-10~5 0,3 —0,906 1,6 —0,0863 3,6 -0,616-10—2 11 —0,14-Ю"5 0,35 —0,794 1,7 —0,0746 3,7 —0,545-10“2 12 —0,475-10“в 0,4 —0,702 1,8 —0,0647 3,8 —0,482-10“2 13 —-0,162-10“~6 0,45 —0,625 1,9 —0,0562 3,9 —0,427-10“2 14 -0,557-10~’ 0,5 —0,56 2 —0,0489 4 —0,378-10“2 15 —0,192.10“’ 0,55 —0,503 2,1 —0,0426 4,1 -0,335-10“ 2 оа 2 25а? Примечание. х= ----- ; при х<0,1 можно принять Е . (— х) =1п —-. 4а/ г р2 ТАБЛИЦА 19.23. К ПРИМЕРУ 19.4 № р2 Е. ( № Р/3 / 2 Е. [ Р* | скважины Р 4 -10* - 30 г \ 4 • 101 • 30 / скважины Р 4-10*- 30 1 \ 4-104-30 / J 135 0,015 —3,70 /' 1954 3,18 0.01 2 223 0,04 —2,68 2' 1819 2,76 0,018 О 215 0,039 —2,78 3' 1785 2,66 0,02 4 223 0,04 —2,68 4' 1819 2,76 0,018 5 135 0,015 —3,70 5' 1954 3,18 0,01 Пример 19.4. Определить необходимую производи- тельность водопонизительных скважин для снижения в течение 30 сут напора в основании котлована, рас- положенного у реки (рис. 19.23). В связи с недоста- точной фильтрационной устойчивостью разделяющего слоя пониженный пьезометрический уровень ,напорных вод должен располагаться ниже дна котлована. Тол- щина напорного водоносного слоя й=15 м; коэффи- циент фильтоацип k — 5 м/сут; коэффициент пьезопро- водности а -рс = 10’ м-/сут; над подошвой водоносного слоя напор //=30 м; расстояние от расчетной точки на дне котлована до области питания £ = 1000 м; не- обходимое понижение напора под дном котлована 5о= 10 м. Решение. Принимаем число равнодебитных сква- жин и = 5, располагая их у трех сторон котлована, как показано на рис. 19.23. Для расчета применяем формулу схемы б габл. 19.21. Критерий использования формул Ртах 4а * ра 19042 4.104-30 3,02 > 0,1. Следовательно, для определения величины Ф не- обходимо использовать зависимость от функции Е. (—х), где Л'=р2/(4£7п-сО (или р' вместо р2). Значе- ния о и р' приведены на рис. 19.23. Значения функ- ции Е .(—х) находим по табл. 19.22. Вычисления сво- дим в табл. 19.23. Получаем: ф =,-----1------L [(_. 3,70 + 0,01 ) + (— 2,68 + 0,018) + 4-3,14 5
444 Глава 19. Водопонижение + (— 2,78 4- 0,02) + (— 2,68 + 0,018) + (— 3,70 + 4- 0,01)] = 0,246; здесь а-=7 /'Q = l/5. Определяем требуемую производительность водо- понизительной системы по формуле (19.1); Q ~ 5 • 15 • 10/0,246 = 3049 м3/сут. Производительность одной скважины qh = 3049/5 = 610 м‘/сут. Рис. 19.23. К примеру 19.4, (размеры в м) 19.4.3. Расчет скважинных водопонизительных систем Расположение водопонизительных сква- жин, их число и заглубление определяются ис- ходя из притока подземных вод и необходимо- го понижения их уровня. Расчетная производительность одной сква- жины должна основываться на опытных дан- ных. При отсутствии опытных данных предель- ную производительность скважины рекоменду- ется определять по эмпирической формуле qh<.4D0btrhy/'k, (19.15) где by— длина смоченной части фильтра, м. При расчете водопонизительных скважин, предварительно задаваясь их параметрами (глубиной, диаметром и длиной смоченной ча- сти фильтра) и руководствуясь опытными дан- ными, а при их отсутствии формулой (19.15), вычисляют производительность одной скважи- ны. По результатам проведенного расчета и общего притока к водопонизительной системе определяют число скважин и их расположе- ние. При этом необходимо принимать во вни- мание уменьшение с течением времени произ- водительности скважин в результате сработки уровней подземных вод, коррозии и химиче- ского зарастания фильтров. Размещение водопонизительных скважин должно обеспечивать по возможности равную нагрузку на каждую из них. Когда это оказы- вается невозможным, предусматривают раз- личную производительность водопонизительных скважин; в этих случаях необходимо прове- рять достигаемые понижения в расчетных точ- ках по формулам групповой (не приведенной к кругу или прямой линии) водопонизительной системы. Понижения в расчетных точках при кон- турных и линейных водопонизительных систе- мах определяются исходя из формулы (19.1), с помощью которой при напорном потоке по- нижения могут быть определены непосредст- венно, а при безнапорном потоке — после под- становки h—(2H—S')/2, приводящей к фор- мулам: для контурной системы 3 = ; (19.16) для линейных систем Связь между понижениями уровней воды в скважинах Sa и на линии Si для напорного потока выражается формулой Sh = Si +(19.18) kh соответственно связь между уровнями воды в скважинах уп и на линии yi для безнапорного потока имеет вид: rv где S t и у =Н—S i определяются по формулам (19.1), (19.16) и (19.17) при х=г для контурных си- стем и при для линейных систем; Ф' — внутрен- нее фильтрационное сопротивление. Для совершенных скважин ф' = ф =---------1п-------- . (19.20) 2л 2лг/г где а —расстояние между водозаборными устройст- вами, м.
19.4. Методы расчетов 445 ТАБЛИЦА 19.24. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ ПОНИЖЕНИЯ f ОТ ДЕЙСТВИЯ ОДИНОЧНОЙ СКВАЖИНЫ № Схема и условия питания схемы водоносного слоя Расчетная формула f = 0,159 In ---Д±+_£_ ; Р х положителен, если точка М находится между скважиной и источником питания Полуограниченное пространство с од- ним линейным контуром питания (сто- ка) Обметь питания (cmofatt 4 Области литания {стма} Полосообразный слой с двумя контура- ми питания (стока) Область питами# Слой, ограниченный областью питания и непроницаемым контуром /= 0 (%; 2Zt 4- у) — 0 U;y); 0(^;у)= ——In 2 [ch л х — cos л у] 4л ?! = /1/Д; х — x/L; у — y/L Вне скважины: I = 0! (*; ?! + у) + 01 (х; I Ti — у I): Z = h/L; "х ~ X/L; у — y/L; . , зт - . л - сп —— х -f~ cos • у \х; у) = ------In ——------———---------— 4л , л - ir- on ----------- X — cos -- у 2 2 Примечание. Функции 0 и 01 определяются по рис. 19.25. Для несовершенных по степени вскрытия водоносного слоя скважин необходимо учиты- вать также дополнительное сопротивление ®imp вследствие неполного вскрытия водонос- ного слоя: Ф' — Фе + Фгтр! 1 ~bf 2nbf In (19.21) ^imp — где b j— относительная длина фильтра (в напорных условиях I: = Ь f/h, в безнапорных вместо b ^под- ставляется 6 . определяемое как расстояние от уров- ня воды в скважине до низа фильтра, а вместо h принимается у е — коэффициент, определяемый по рис. 19.24 в зависимости от b.fii с ) для напорных условий c=cj\h—bj}; для безнапорных с=1], здесь с — расстояние от низа фильтра до водоупора, м. При выбранных числе, расчетной произво- дительности и расположении водопонизитель-
446 Глава М, Водопонижение Рис. 19.24. К определению коэффициента в а — расчетная схема для напорные условий; б — то же, для безнапорных условий; в — зависимость в от bp г—-то же, от с них скважин, не приводимых к кругу или к прямой линии, следует проверить достижение требуемого понижения уровня подземных вод в расчетных точках путем суммирования дей- ствий каждой г-й скважины в отдельности: S - %qhi f, (19.22) kh где f — функция понижения от действия одиночной скважины, определяемая по табл. 19.24. Функцию понижения в расчетной скважи- не от ее собственного действия определяют по формуле fh -0,159 In (R/rh), (19.23) где г — радиус фильтра скважины, м. Понижение в расчетной точке i-й скважи- ны Shi вычисляется по зависимости . 1 Shi ~ ,, ^hi fi + qhzfz + • • • + Qhi fi)- kn (19.24) При расчете систем из несовершенных скважин по формулам (19.22) — (19.24) допол- нительное сопротивление Ф;тр входит в вы- ражение расчетного радиуса гл,сг совершен- ной скважины, эквивалентной по дебиту дей- ствительной несовершенной скважине: —2лФ fhfiv— arh> а~е гтпр- (19,25) Расчет проводится как для совершенных скважин с подстановкой расчетного радиуса Г/г, CV в формулу (19.23). Установив отметки уровней воды в самой скважине, определяют уровень установки сква- жинного насоса и глубину скважины, а также вносят при необходимости коррективы в диа- метр и длину ее фильтра. Фильтр может быть затопленным или не- затопленным. Затопленный фильтр менее под- вержен коррозии и химическому зарастанию, чем незатопленный, поэтому для обеспечения длительного срока службы фильтр, как прави- ло, следует располагать ниже уровня воды в скважине. При соответствующем обосновании допускается использование водопонизительных скважин с незатопленным фильтром, например на конечном этапе работ при понижении уров- ня воды до водоупора. В этом случае при оп- ределении смоченной части фильтра приобре- тает значение так называемая «высота выса- чивания», определяющая уровень воды за скважиной, который несколько выше, чем в самой скважине, за счет дополнительных со- противлений вследствие сильного искривления линий токов вблизи скважины. Высота выса- чивания (разность уровней воды за стенкой скважины и в самой скважине) для скважин с незатопленным фильтром определяется по формулам табл. 19.25. Пример 19.5. Требуется рассчитать групповую водопонизительную систему из четырех скважин (рис. 19.26) в песках, содержащих безнапорные воды, при необходимости понижения уровня подземных вод на 5 м в точке М через 90 сут после начала откачки. Дано: ZZ=?25 м, k~8 м/сут, ц=0,06. Решение. Для определения притока используем формулу схемы 6 табл. 19.21. Вычисленные значения г е Pi и Р[ приведены на рис. 19.26. Находим значения р и р': V— р = V 54,j=54m; р' =-/3243.29Р = 307 м. Вычисляем h и а z : h = (2-25 — 5)/2 = 22,5 м: а1с =9-22,5/0,06 = 3000 мг/сут. Определяем параметр применимости формул: 2 = - „ 0.097 <0.1. 4aZc t 4-3000-90 Следовательно, для определения величин Ф мож- но использовать логарифмическую зависимость: Ф =-------- in = 0,277. 2-3,14 54 Приток подземных вод по формуле (19.1) соста- вит; Q = 8-22,5.5/0,277 = 3249 м3/сут.
19.4. Методы расчетов 447 ТАБЛИЦА 19.25. ФОРМУЛЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ ВЫСАЧИВАНИЯ ДЛЯ СКВАЖИН С Н ЕЗАТО П Л ЕН НЫМ ФИЛЬТРОМ № схемы Расчетная схема Расчетная формула ТАБЛИЦА 19.28. ЗАВИСИМОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ П ОТ РАДИУСА СКВАЖИНЫ rh' м П rh’ м П 0,03 3,79 0,225 —0,27 0,05 2,78 0,25 -0,56 0,075 1,96 0,275 —0,75 0,1 1,39 0,3 —0,83 0,125 0,94 0,35 —1,15 0,15 0,58 0,4 —1,39 0,175 0,2 0,27 0 0,5 —1,95 от скважин № 1 и 2 (х = ~-20 м, £ = 150 м, р=54 м) V 4 • 150'- -I- 4 150 • 20 4- 54- h = f2 = 0,159 In ----.........= о,285; . 54 от скважин № 3 и 4 (л~=—50 м, £ = 120 м, р=76 м) f. = f. = 0,159 1„ + =0.208; 54 . 2^ = 2-0,285 4-2-0,268 = 1,11. Считая, что скважины имеют равные дебиты, оп- ределяем производительность одной из них: qh = 3249/4 = 812 м3/сут. Принимая диаметр скважины по обсыпке 0,426 м (по наружному диаметру обсадной трубы), длину фильтра определим по формуле (19.15): 812 йу > --------=------= 4,77 400-0,213V 8 м. Принимаем два звена фильтра заводского изго- товления: b у=2-3 = 6.0 м. Проверяем понижение в точке А. по формуле (19.22). Для этого преобразуем ее с учетом того, что скважины раваодебитные, и, применяя подстановку А = = (2Я—S)/2., приводим указанную формулу к виду; — 2г.. k 1 0,6 0,5 0,5 0,3 02 0,1 Z71 Затем вычисляем значения функции понижения от действия каждой скважины для точки М по фор- муле схемы 2 табл. 19.24: -0,18 -0,12 0,06 0 0,06 0,12 0,18 0,24 0,3 0,360;$ Рис. 19.25. Кривые функций 0 и 0,
44S Глава 19. Водопонижение Понижение в точке М составит: S = 25 — У 252 — 2 • 812 • 1,11 /В = 5,01 м. Следовательно, расчет необходимой производи- тельности скважин выполнен правильно. По преобразованной формуле (19.22) определяем понижение в скважинах № 3 и 4 (Л=2£=240 м), ко- торое будет наибольшим. Предварительно задаемся уровнем воДы в скважине, в 2 раза превышающим расчетную длину фильтра, р^ = 12 м и, проектируя фильтр затопленным, получаем Ъ у = 6/12=0,5. Соответ- ственно по рис. 19,24 находим е = 0,7, откуда по фор- муле (19.21) дополнительное сопротивление на несо- вершенство скважины составит 1—0,5 / 6 \ ф. = —-------------- In ------- — 0,7 = 0,42. 1 р 2.3,14-0,5 \ 0,213 ) Определяем значение а по формуле (19.25): а — е~ 2-3,14-0,42 _ 0,072. Функция понижения от действия самой скважины по формуле (19.23) с учетом формулы (19.25): /Л1(2) = 0,159 In —---------=1,54. 0,072-0,213 Значения функций понижения для скважины № 3 (или № 4) от действия остальных скважин опреде- ляем по формуле схемы 2 табл. 19.24: от скважины № 1 (х=30 м, £=150 м, р=76 м) =0,159 Ш /4.150=-4.150-30 + 7g _ 76 от скважины № 2 (х=30 м, £=150 м, р=42 м) f шин У4-1502 — 4-150.30 + 423 „ „„„ = 0,159 In £---—-----------—Z-----= 0,297; 42 от скважины № 4 (х=0, £=120 р=40 м): „ П1ЧО1 /4-1202+4(Р П = 0,159 In —----—---------- 0,287; 40 Sfl(2) = 1.54 + 0,207 + 0,297 + 0,287 — 2,33 Понижение уровня воды в скважине № 3 (или № 4) определяем по преобразованной формуле (19.22): 5=25 —У253 -2-812.2,33/8 = 12,67 м. а значение уровня воды в скважине у^, равное 12,33 м, близко к предварительно принятому, поэтому пересчет не требуется. Принимая отстойник высотой 2 м, получим глу- бину скважин от уровня воды 12,67+6+2=20,67 м. Пример 19.6. Рассчитать линейную скважинную систему (рис. .19.27) для длинной траншеи, располо- женной вдоль области питания на расстоянии от нее (считая до расчетной точки) 200 м, на период уста- новившегося режима фильтрации подземных вод, но на сравнительно непродолжительный период укладки коммуникаций. Подземные воды безнапорные, Я= =25 м, /г=12 м/сут. Требуемое понижение принима- ем на 1 м ниже дна траншеи — S = 7 м. Решение. Водопонизительные скважины распола- гаем со стороны траншеи, противоположной зафикси- рованной области питания, на расстоянии 15 м от расчетной точки. Со стороны реки получим: радиус депрессии с правой стороны =200+15=215 м; фильтрационное сопротивление потока с этой (пра- вой) стороны на 1 м по длине системы (по формуле схемы 2 табл. 19.18) Ф ,г =215—15=200 м; приток по формуле (19.1) с использованием подстановки й = = (2Й—5)/2: 12 (2-25 — 7) 7 2-200 = 9,03 ма/(сут-м). ^ri Положение по линии скважин определяем по формуле (19.17); Slt = 25 — У 2^'"—“9,03'-215/12 = 7,64 м. С левой стороны 1гц = (2-25—7,64)/2 = 21,18 м. Радиус депрессии с левой стороны водопонизи- тельной системы (со стороны, противоположной реке) вычисляем по формуле (19.3): 7?zz = 2-7,64 у 12- 25 = 264,66 мм. . Поскольку х=0 (понижение и приток определяют' ся на линии скважин), Ф численно равно т. е. 264,66. Приток с левой стороны системы нахо- дим по выражению (19.1): 12.21,18-7,64 _ .. q.. ------------------- 7,34 м3/(сут м) LT 264,66 Суммарный приток на 1 м длины водопонизитель- ной системы q = 9,03 + 7,34 = 16,37 мэ/сут. Рис. 19.26. К примеру 19.5. (размеры в м) Рис. 19.27. К примеру 19.6 (размеры в м)
19.4. Методы расчетов 449 Принимая расстояние между скважинами о=12 м, получим необходимую производительность скважины: qh — 16,37 • 12 = 197 м:'/сут. Диаметр фильтра по обсыпке (по наружному диа- метру обсадной трубы) составит 273 мм. Минималь- ную высоту фильтра определяем по формуле (19.15): bf > —------------=1,6 м. 1 400.0,136-12 Принимаем требуемый подпор для насоса 1 м, расстояние от первой ступени насоса до нижнего торца электродвигателя 1 м, от низа нижнего торца электродвигателя до низа фильтра I м. Таким обра- зом, слой воды от сниженного уровня в скважине до низа фильтра следует принять равным 3 м. Для оп- ределения полной глубины скважины и полной длины фильтра, проектируя его незатопленным (учитывая непродолжительный срок службы скважины и пре- дусматривая дополнительную аэрацию водоносного пласта для улучшения условий водопонижения), сле- дует вычислить высоту пониженного уровня в сква- жине и высоту высачивания. Задаемся первоначально уровнем воды в скважине несколько ниже, чем на линии: у=25—7,64= 17,36 м; ^=15м; 6^ = ЗП5=0,2; Зс= 1. По рис. 19.24 находим е=0,2. Сопротивление без учета несовершенства вскрытия слоя определяем по формуле (19.20): Ф -------1— In-------——- = 0,35. 2-3,14 2-3,14-0,219 Дополнительное фильтрационное сопротивление из-за несовершенства скважины по степени вскрытия находим по выражению (19.21): _ 1 —0,2 /, 3 \ ф;тп = --------- 1п------— 0,2] =1,98. гТпр 6,28-0,2 \ 0,11 ) Полное внутреннее фильтрационное сопротивление системы составит: Ф' = 0,35 + 1,98 — 2,33. Уровень воды в скважине находим по формуле (19.19): УН 17,36" — 2-197-2,33/12 = 15 м. Определенный расчетом уровень воды в скважине незначительно отличается от первоначально принято- го, поэтому пересчет ие требуется. Высоту высачива- ния определяем по формулам табл. 19.25: Д W = 1/о, 158 -1^- (In + ОДв'] + 15= - 15 = Г . 12 \ 12 J = 0,31 м, где т]=0,78 определено из табл. 19.26 по интерполяции для г^ = 0,136 м; Д77 -------------------------------= 0,52 м. г р 1 — (15 — 3)/[2 (15-f-0,31)] Верх фильтра принимаем примерно на 1 м выше высачивания воды в скважине, тогда полная длина фильтра составит: b у=3+0,52 +1 —4,5 м, а полная глу- бина скважины от уровня подземных вод при высоте отстойника 2 м составит 25—15 + 3+2=15 м. 19.4.4. Расчет иглофильтровых водопонизительных систем Определение параметров водопонизитель- ной системы из легких иглофильтров сводится к совместному решению двух уравнений, одно из которых характеризует гидравлические па- раметры иглофильтровой установки, а другое выражает условия фильтрации воды в грунте при работе этой установки. Расчет системы, включающей несколько установок, сводится к расчету одной установки, 29—233 Рис. 19.28. Зависимость допускаемого дебита к одно- му иглофильтру от коэффициента фильтрации грунта Первое уравнение представляется в виде: Укг ~ Ур h-vae 4“ ^7/hlt^fh) "4~ + 1,34-10- 4q2p; (19.26) второе уравнение с учетом фильтрацион- ного сопротивления иглофильтров имеет вид: для контурной системы yhr = Н - S [1 + Т/(пр nifl Ф)]; (19.27) для линейной системы ^г = Я-5(/? + о-ФмТ)/Ф, (19.28) где <? — приток подземных вод к одному игло- фильтру, м3/сут: <7 fh=®plnfh eS ^j'n.as (здесь q y/j.os — допускаемый приток к одному иглофильт- ру, м3/сут, определяемый по рис. 19.28); Q р— приток подземных вод к одной установке, м3/сут: Qp =--QI’ip\ п fh~ число иглофильтров в установке, шт.; п —число установок в системе; Н — коэффициент фильтрации грунта в прифильтровой зоне или песча- но-гравийной обсыпке, для которой h принимается 15—25 м/сут; £ — коэффициент потерь напора в игло- фильтре, принимаемый при продолж ггельности экс- плуатации установки на одном объекте до 1 меС; от 1 до 6 и более 6 мес. соответственно 0,3; 0,4 н 0 5м “1; ~~ коэффициент потерь напора во всасы- вающем коллекторе установки (определяется по рис. 19.29), сут2/м5; у пг — высота от водоупора до сни- женного уровня воды у иглофильтра, м; ур — высота расположения оси насосного агрегата над водоупо- ром; Т —глубина водного потока на линии игло- фильтров, м (при напорном режиме фильтрации Т — = h, при безнапорном — Т=У[‘, Ф — внешнее фильт- рационное сопротивление, принимаемое в формуле (19.27) по схеме 1, а в формуле (19.28) по схеме 2 (при /=1) табл. 19.18; Ф\fh~ фильтрационное сопро- тивление одного иглофильтра, принимаемое при рас- стоянии между иглофильтрами 0,75; 1,5; 2,25 и 3 м соответственно 1; 0,8; 0,7 и 0,65 м Пример 19.7. Определить необходимое число уста- новок ЛИУ-6, шаг иглофильтров и глубину их погру- жения при осушении котлована, выполненного в пес- чаном безнапорном водоносном слое. Данные для расчета приведены на рис. 19.30. Срок эксплуатации водопонизительной системы на объекте составит 5 мес, период достижения при откачке расчетного пониженного уровня подземных вод / = 5 сут. Решение. Приведенный радиус водопонизительной системы определяем по формуле (19.3); 1 г =1^65-205/3,14 = 65,1 м.
450 Глава 19. Водопонижение Рис. 19.29. Зависимость коэффициента g от длины наибольшей ветви коллектора I ртах Рис. 19.30. Расчетная схема (размеры в м) Радиус влияния системы при заданном времени достижения расчетного уровня вычисляется по за- висимости (19.9). Для этого сначала находим по формуле (19.11) значение уровнепроводности; 20(2-15 — 3,5) ,, а7„ = —------------= 2208 м-/сут. к 2-0,12 откуда: R = 65,1 + 1,7 У2208-5 = 244 м; Й = (2-15 — 3,5)/2 = 13,25 м. Определяем значения Ф по формуле схемы 1 табл. 19.18: ф = _ '1 <Я4/6ЫД =0.21 2'3,14 •Приток к водопонизительной системе вычисляем по формуле (19.1): Q = 20-13,25-3,5/0,21 == 4417 м3/сут. Рис. 19.31. К определению у^г 1 — по формуле (19.26); 2 — по формуле (19.27) При периметре системы 540 и требуемое число установок «р “540/100—6; длина коллектора одной установки 540/6=90 м; приток к одной установке 5^=4417/6=736,2 м3/сут=31 м3/ч, что позволяет отка- чивать воду насосом № 2 (см. далее табл. 19.37). При шаге иглофильтров 1,5; 2,25; 3 м и соответствен- но 60, 40, 30 шт. qfh-max =736,2/(30-24) = 1,02 м3/ч, т. е. меньше определенного по рис. 19.28 для fe=20 м/сут значения q as =1,85 м3/ч. Вычисления значений у-т, по формулам (19.26) и (19.27) (при I/ —А =16—6=10 м; Т=у, tJ kJ Сс С*- v 2 1 = 15—3,5=11,5 м; 5=0.4 м и определяемому по рис. 19.29 для наибольшей длины ветви коллектора /£>=50 м) сведены в табл. 19.27. По результатам расчетов, приведенных в табл. 19.27, строим два графика (рис. 19.31), которые пере- секаются практически на линии, отвечающей значе- нию о=3 м. Этот шаг и принимаем для размещения иглофильтров; соответствующее значение у^г =10,8 м. Глубина погружения иглофильтров, отсчитывае- мая от оси насосного агрегата, с учетом длины филь- трового звена 0.94 м и необходимого запаса 0,5 м составляет: I 16—10,80+0,94+0,5 — 6,7 м. При выполнении расчетов возможен слу- чай, что кривые, приведенные на рис. 19.31, не пересекутся в интервале построения. Это ука- зывает на следующие обстоятельства: если график, построенный по формуле (19.26), расположен выше графика, построен- ного по формуле (19.27) или (19.28), то из этого следует, что насос расположен слишком высоко и для достижения требуемой величины понижения уровня подземных вод его следует переместить ниже или рассмотреть вопрос об устройстве ярусной системы водопонижения; ТАБЛИЦА 19.27. К ПРИМЕРУ 19.7 С, м nfh' шт. По формуле (19.26) По формуле (19.27) 0,4-736,2 я^-20 £, сут2/м5 1,34-10~7 х X £ - 736,22, м / 5\ 3,5 1 \ 6«/й-0’21/ 1,5 60 0,8 0,245 3,7 0,269 10,514 3,926 11,074 2,25 40 0,7 0,368 3,9 0,283 10,650 4,059 10,941 3 30 0,65 0,491 4,3 0,312 10,803 4,192 10,808 1
19.4. Методы расчетов если график, построенный по формуле (19.26), расположен ниже графика, построен- ного по формуле (19.27) или (19.28), то из этого следует, что значение вакуума, разви- ваемого установкой, используется неполностью и расчет параметров системы можно вести по формуле (19.27) или (19.28) без учета форму- лы (19.26). Параметры водопонизительных систем с применением установок типа УВВ [3] можно определить по той же методике, что и при установках типа ЛИУ, но с учетом более вы- соких значений вакуума во всасывающем кол- лекторе. Значение вакуума следует принимать равным 9—8,5 м в грунтах с коэффициентами фильтрации менее 1 м/сут и 8,5—8 м в грунтах с коэффициентами фильтрации 1—2 м/сут. При определении глубины погружения иг- лофильтров следует соблюдать условие, чтобы верх фильтрового звена располагался не выше уровня капиллярной каймы. Высота капилляр- ного поднятия в грунтах с коэффициентами фильтрации 0,1—2 м/сут приближенно опреде- ляется по формуле e~\/k. (19.29) Как правило, установки типа УВВ откачи- вают воду в неустановившемся режиме, что требует определения периода, необходимого для достижения расчетного понижения уровня подземных вод: Рис. 19.32. Зависимость т от В для линейных водо- понизительных систем Рис. 19.33. Зависимость т от В для контурных водо- понизительных систем /=г2т/а (19.30) где г — приведенный радиус контурной системы или половина расстояния между двумя линейными си- стемами, м; т—определяется как т=/ (В) по рис. 19.32, если величина расчетного понижения S задана в середине между двумя линейными установками, или по рис. 19.33, если S задана в центре контурной системы; в напорном слое B=SHH—yhT ), в безнапор- ном B — S(2H—ti— в напорном водонос- ном слое а=а рсв безнапорном а=а . Фильтрационный расчет водопонизительных систем с эжекторными установками типа ЭИ и ЭВВУ выполняется аналогично расчетам си- стем со скважинами, оборудованными глубин- ными насосами. При этом аналогично расчету систем с установками УВВ следует определить период достижения требуемого понижения, а также выполнить гидравлический расчет эжек- торных водоподъемников и найти параметры рабочего центробежного насоса. Гидравлическим расчетом эжекторных во- доподъемников [1] определяются расходы ра- бочей воды qw и напор на входе в иглофильтр hw, а также подача рабочего насоса Qw и развиваемый им напор Hw. Шаг иглофильт- ров может составлять 1,5 или 3 м в зависимо- сти от коэффициента фильтрации грунта, ре- жима фильтрации и глубины требуемого пони- жения уровня подземных вод (см. табл. 19.16). Для эжекторного водоподъемника устано- вок типа ЭИ-70 и ЭВВУ с диаметром сопла на- садки 7 мм значения qw и Hw определяются по рис. 19.34 в зависимости от расстояния по вертикали от сопла эжектора до места излива Иц/ и от вакуума Наае, развиваемого в при- фильтровой зоне и принимаемого 9—8 м в грунтах с коэффициентами фильтрации менее 1 м/сут и 8—7 м в грунтах с коэффициентами фильтрации 1—2 м/сут. Общие потери в напорных трубопроводах эжекторной водопонизительной системы опре- деляются по формуле АН = (Q/Kd/s)2 I + №/(2g), (19.31) где Q _ полный расход воды в трубопроводе, мэ/сут; / — длина трубопровода, м; Л — расходная харак- теристика трубопровода, принимаемая в зависимости от его внутреннего диаметра d по табл. 19.28; у — скорость воды в трубопроводе, составляющая обыч- но 1—2 м/с; Л — коэффициент местных гидравличе- ских сопротивлений, равный в установках ЭИ-70 и ЭВВУ для всасывающего трубопровода 10—20, а для распределительного 35—45. Пример 19.8. Определить параметры насосов для оборудования эжекторных установок ЭИ-70, приме- няемых для водопонижения при проходке туннеля мелкого заложения. Туннель проходит в безнапорном водоносном слое с коэффициентом фильтрации k — =0,4 м/сут. Данные для расчета представлены на рис. 19.35. Решение. Согласно табл. 19.16, назначаем шаг иглофильтров 1,5 м. Водопонижение осуществляем по двухрядной линейной схеме, последовательно органи-
*Т О м Глава 19. Водопонижение Рис. 19.34. К определению расхода и давления рабо- чей воды эжекторного иглофильтра щегося на 1,5 м выше поверхности земли, принимаем равным 12,5 м. Величину, вакуума,, развиваемого эжекторным водоподъемником, принимаем: Hvac ~ =8,5 м. . По рис. 19.34 определяем расход рабочей воды на один эжектор: ^ш=132 м3/сут=5,5 м3/ч, напор Н = =73 м. Требуемая подача иасоса каждой установки со- ставляет: Qw = 132 -24 = 3168 м3/сут = 132 ма/ч. Находим потери напора в распределительном и всасывающем трубопроводах. Для распределительного трубопровода 41 = 0,15 м получаем 7,| = 40, а расход- ную характеристику Kd^s =0,165 находим по табл. 19.28. При размещении насоса в середине распредели- тельного трубопровода расход рабочей воды на каж- дую ветвь коллектора составит: Q =132 : 2=66 мэ/ч. т Тогда скорость воды в трубопроводе будет: 4-66 Рис. 19.35. К примеру 19.8 (размеры в м) v — 9W... —.---------------=0,96 м/с. 1 А 3600 • 3,14 • 0,152 Потери напора в распределительном трубопроводе по формуле (19.31) составят: = / ®-----V Зб+ 40 21^ \ 3600-0,165 J 2-9,81 Для всасывающего трубопровода /2=10 м и 42= =0,2 м принимаем А,->=12, а расходная характеристи- ка трубопровода, определяемая по табл. 19.28, сос- тавляет Kais =0,355. . Скорость движения воды в трубопроводе будет: 4 -132 = --------------- 3,14-3600-0,2‘- Определяем потери напора лекторе по формуле (19.31): ____1^— Г 10 + 3600-0,355 ) = 2,27 м. = 1,33 м/с. во всасывающем кол- АН, 12 1,33= -------- =1,17 м. 2-9,81 Общие потери напора ДН = ДН1+АН, = 2,27 4- 1,17 = 3,44 м. Требуемый напор в системе водопонижения Н = Hw + АН = 73 + 3,44 =76,4 м. Принимаем оборудование установки насосами Д200-95, имеющими подачу 150 м3/ч и напор 94 м. 19.4.5. Расчет дренажей Понижения уровней воды в центре S и контуре Зс кольцевого дренажа несовершен- ного типа связаны между собой уравнением [2] ТАБЛИЦА 19.28. ЗНАЧЕНИЯ РАСХОДНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ К di& d, м Kd.s, №/с ♦ d, м м3/с 0,15 0,165 0,3 1,05 0.2 0,355 0,35 1,59 0,25 0,643 0,4 2,25 f 2r г R \ / г \П Sc л 4---- Ф I — ; — — Г — > = I г [ \ т т / \ т /JJ 8г 2г / г R \ = S0 In---4-—-Ф — ; , (19.32) I rh т \ т т ;j где Т — напор на контуре дренажа: для схемы 3 табл. 19.18 T=h; для схемы 4 той же таблицы Т= =рс=я-5с: / т R\ / r \ ( R\ .1О Ф ; -yj-фЦ—)-ф2^“^; (19.Зо) зуёмой участками по 70 м вдоль трассы проходки туннеля. Общая длина водопонизительной системы 70-2 = 140 м. Принимаем, что на трассе будут работать четыре установки (по две с каждой стороны). Необходимое число иглофильтров в каждой установке составит = 140/(4-1,5)=23,3«24 шт., которые будут разме- щены вдоль распределительного трубопровода на рас- стоянии Zt = 1,5-24=36 м. Расстояние от сопла эжектора, расположенного на 1 м выше водоупора, до уровня излива, находя- Ф^г/Т), ф2(1?/Т) и F(r/T) находят по рис. 19.36. По уравнению (19.32) можно при задан- ном понижении в центре кольцевого дренажа определить требуемое его заглубление, прини- маемое равным необходимому понижению уров- ня подземных вод на контуре дренажа, и, на-
19.4. Методы расчетов 453 Рис. 19.36. Значения функций ф1(г/7'); tp2=(/?/7’); F(rlT) оборот, при принятой глубине заложения коль- цевого дренажа определить, какое может быть достигнуто понижение в его центре. Уравнение (19.32) решается числовым подбором или графически. При заданной глубине заложения кольце- вого дренажа приток , к нему вычисляется по формуле (19.1) и схемам 3 и 4 табл. 19.18. Понижение уровней подземных воД в точках, внешних по отношению к контуру дренажа, ре- комендуется определять по формуле (19.16) исходя из найденного по выражению (19.1) притока. При расчете исходя из заданного пониже- ния в точке на расстоянии х от оси линейного дренажа следует вначале определить приток к дренажу по формуле (19.1) и схеме 2 табл. 19.18, а затем, используя формулы схем 5 и 6 табл. 19.18, найти требуемую глубину заложе- ния линейного дренажа. Трубчатые дрены рекомендуется подбирать по табл. 19.29, в которой приведены значения Q, л/с, и v, м/с, для керамических, асбестоце- ментных, бетонных и железобетонных труб. Пример 19.9. Определить глубину заложения кольцевого дренажа и приток к нему Q при размерах контура 20X20 м. требуемом понижении уровня под- земных вод в центре осушаемой площадки 5.0=6 м. коэффициенте фильтрации fe=10 м/сут, водоносном слое Н = 14 м, радиусе дрены (по наружному слою обсыпки) 0.5 м и понижении уровня воды над водо- упором у=Н—So= 14—6=8 м. Решение. Приведенный радиус кольцевого дрена- жа определяем по формуле (19.5): г == Т/20-20/3,14 « 11 м,: Радиус депрессии вычисляем по уравнению (19.3): Я = 11 + 2-6/"10-14 « 150, м. Глубину заложения дренажа находим путем гра- фического решения уравнения (19.32). .Для этого, за- даваясь последовательно тремя значениями S , рав- ными 6,25; 6,5 и 7 м, вычисляем соответствующие им значения отдельно левой Л, и правой Г2 частей урав- ТАБЛИЦА 19.29. РАСХОД И СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ В ТРУБАХ Диаметр условно- го прохода, мм Уклон , % Значения Q, л/с, и v, м/с, при степени наполнения трубопровода 0,4 0,5 0,6' 0,8 ' "1 Q V Q V Q V Q V Q V 150 0,5 0,6 0,8 1 3,69 3,75 4,32 4,83 0,56 0,57 0,65 0,73 5,39 5,56 6,41 7,17 0,61 0,63 0,72 0,81 7,19 7,46 8,61 9,63 0,65 0,67 0,78 0,87 10,3 10,9 12,5 14 0,69 0,72 0,83 0,92. 10,5 11,1 12,8 14,3 0,58 0,63 0,72 0,81 200 0,4 0,6 0,8 1 6,56 8,04 9,28 10,4 0,56 0,69 0,79 0,88 9,73 11,9 13,8 15,4 0,62 0,76 0,88 0,98 13,1 16 18,5 20,7 0,66 0,81 0,94 1,05 19 23,3 26,9 30,1 0,71 0,87 1 1,12 19,5 23,9 27,5 30,8 0,62 0,76 0,88 0,98 250 0.3 0,6 0,8 1 10,3 14,6 16,8 18,8 0,56 0,8 0,92 1,03 15,3 21,6 25,0 27,9 0,62 0,88 1,02 1,14 20,5 29,0 33,5 37,5 0,67 0,94 1,09 1,22 29,9 42,3 48,8 54,5 0,71 1 1,16 1,3 30,6 43,2 49,9 55,8 0,62 0,88 1,02 1,14, : 300 0,3 0,6 0,8 1 16,8 23,7 27,4 30,6 0,64 0,9 1,04 1,16 24,9 35,2 40,6 45,4 0,7 1 1,15 1,29 33,4 47,3 54,5 61,0 0,76 1,07 1,23 1,38 48,6 68,8 79,4 88,8 0,8 1,14 1,31 1,47 49,8 70.4 81,2 90,8 0,7 1 1,15 . 1,29 Примечание. Для приведенных в таблице диаметров минимальные уклоны даны исходя из обеспе- чения незаиляемости труб.
454 Глаза 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.30. К ПРИМЕРУ 19.9 S , м V Т, м Г ~7~ Р Т / г \ Ф1 — \ Т / / R \ ч~) \ Т ) 8г in rh Г - F3 6,25 7,75 1,42 19,35 5 2,2 —0,19 5,17 72,7 78,7 6,5 7,5 1,47 20 4,95 2,15 —0,195 5,17 77,6 80,4 7 7 1,57 21,43 4,9 2,1 -0,2 5,17 87,9 83,8 нения (19.32); точке пересечения графиков функций fi и Ft будет соответствовать искомое значение S с- Вычисления сводим в табл. 19.30. Получаем глубину заложения Sc=6,71 м путем графического решения двух уравнений: Ft(S ) и F2(S ) (рис. 19.37). и V Для определения притока к кольцевому дренажу вычисляем значения Ф по формулам ’схемы 4 табл. •19.18 при ft=(A, + (/)/2=(14 + 7,29)/2«10,6 м: , 150- , 7,29 , 8,11 In------------1--------In-------- Ф- 11+ 7,29 ЗД^П 0J5 = 0 5 2-3,14 Приток подземных вод к кольцезому дренажу оп- ределяем по формуле (19.1): Q = 10-10,6.6,71/0,5 — 1430 ыР/сут. Пример 19.10. Определить приток к линейному дренажу и вычислить понижения в точках по нор- мали к оси дренажа при его заложении на глубине Sc=5 м в напорном водоносном слое при й= 10 м, /г=12 м/сут, /7=15 м, г^=0,1 м. Источники питания водоносного слоя не определены. Решение, Радиус депрессии дренажной установки определяем по формуле (19.4): Д = 10-5 К12 ~ 175 м. Фильтрационное сопротивление находим по урав- нению схемы 5 табл. 19.18: ф = 1П---12-----1- 175 = 197. 3,14 3,14.0,1 Приток подземных вод на 1 м линейного дрена- жа с одной стороны вычисляем по выражению (19.1): <7 = 12-10-5/197 = 3 м3/сут. Полный приток на 1 м дренажа с двух сторон Q = 6 м3/сут. Понижение уровня подземных вод в за- данных точках на линии, нормальной к осн дренажа, вычисляем из формулы (19.1) И .'равнения схемы 2 табл. 19.18. Вычисления при q/{kh) =3/(12-10) =0,025 сводим в табл. 19.31. ТАБЛИЦА 19.31. К ПРИМЕРУ 19.10 X, м R—x4 м S =0,025X '<(R—x), м X, M R—x M S = 0.025X X (7? — x),m 5 170 4,25 100 75 1,87 10 165 4,13 150 25 0,62 20 155 3,88 175 0 0 Пример 19.11. Для условий примера 19.3 требуется выбрать продольный уклон и определить диаметр трубчатой дрены, расположенной вдоль длинной сто- роны пластового дренажа. Приток подземных вод к пластовому дренажу Q = 860 мэ/сут=9,95 л/с. Решение. Уклон трубчатой дрены принимаем 1= =0,004 из условия минимального объема земляных работ в траншее и минимального заглубления дрены ниже дна котлована. Диаметр трубчатой дрены вы- бираем по табл. 19.29 исходя из максимального при- тока к пластовому дренажу, принятого уклона и сте- пени наполнения трубопровода, равной 0,6. При Q тах=9,95 л/с, 1 = 0,004 и A=0,6d минималь- ный диаметр трубы составит d=200 мм. 19.5. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ 19.5.1. Водоотлив При водоотливе используются серийно вы- пускаемые центробежные насосы для воды, при необходимости для ‘загрязненной воды, или по- гружные электронасосы для загрязненной воды типа ГНОМ (табл. 19.32). 19.5.2. Дренаж При устройстве траншейных, трубчатых и галерейных дренажей работы должны начи- наться с прокладки сбросных участков от дре- нажной сети до открытых водоприемников или существующих коллекторов дождевой канали- зации при самотечном выпуске, а при перекач- ке воды — со строительства насосной станции и водоотвода. При устройстве дренажей используются общестроительное оборудование и машины, применяемые для земляных, санитарно-техни-
19.5. Оборудование и производство работ 455 ТАБЛИЦА 19.32. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ НАСОСОВ ТИПА ГНОМ (ГОСТ 20763—73) Параметры Марка насоса ГНОМ 10-10 ГНОМ 16-15 ГНОМ 25-20 ГНОМ 40-18Т ГНОМ 53-ЮТ ГНОМ 100-25 Подача, м3/ч Напор, м Мощность электродвигателя, кВт . Габариты, мм Масса, кг Допустимый размер твердых вклю- чений в воде, мм Допустимое содержание в воде ме- ханических примесей, % . . . . Допустимая температура воды, °C 10 10 1,1 278Х210Х Х450 21 6 10 35 16 15 1,7 500 X Х240* 31 5 10 35 25 20 4 260X327X600 58 8 35 40 18 5,5 327X260X660 76 6 60 53 10 4 295Х260Х Х600 58 8 45 100 25 15 530Х 385Х Х820 180 5 10 35 * Диаметр насоса. ТАБЛИЦА 19.33. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ Марка насоса Подача, м3/ч Напор, м Мощность, кВт Частота вра- щения, мин 1 Габариты, мм Масса, кг Г 18 20,5 5,79 НЦС 1 1 120 11,3 6,96 3000 1215X390X655 250 ( 130 8,3 6,91 f 8 21,7 2,38 НЦС-3 J 36,4 15,9 3,14 3003 1120X385X540 150 1. 60 4,3 3,76 К 160/30 160 30 30 1500 1470X615X575 455 К 290/30 290 33 30 1500 1640X710X656 600 КМ 45/55 45 55 10,5 3000 847 X 385 X 435 198 КМ 90/35 90 35 10,8 3000 847 X 403 X 440 197 КМ 160/20 160 2) 10,9 1500 877 X 472X 505 237 Д200-95(4НДв) 200 95 100 ЗЮО 830X640X520 210 Д200-36(5НДв) 200 36 40 1500 830X 800X 620 270' Д320-50(6НДв) 320 50 75 1500 830X970X700 380- ческих и водопонизительных работ. Основные типы центробежных насосов, применяемых в насосных станциях дренажных систем, приве- дены в табл. 19.33. Устройство пластового дренажа в котлова- не включает следующие виды работ: срезку, зачистку и планировку дна котлована до про- ектных отметок; укладку трубчатых дрен, включая подготовку под них, устройство пес- чано-гравийной обсыпки; укладку фильтрующей постели по дну котлована последовательно участками из песчаного слоя с уплотнением его легкими катками; укладку поверх песчано- го слоя гравия или щебня. При выполнении работ нельзя допускать нарушений в сопряже- нии щебеночного слоя постели со щебеночной обсыпкой труб. 19.5.3. Водопонизительные скважины Бурение скважин производится ударно-ка- натным, вращательным и гидравлическим спо- собами. Наиболее распространенные станки ударно-канатного бурения приведены в табл. 19.34. ТАБЛИЦА 19.34. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СТАНКОВ УДАРНО-КАНАТНОГО БУРЕНИЯ ' Марка станка а- Параметры >> СО и m >>£ Максимальная глубина 300 500 250 бурения, м Максимальный диаметр бурения, мм 600 900 300 Грузоподъемная сила ле- бедок, кН: талевой 20 32 желоночной .... 12 20 5 инструментальной . . 20 32 12 Высота мачты, м . . . 13,5 16 11,6 Грузоподъемная сила мачты, кН 120 250 Мощность двигателя, кВ 22 40 20 Габариты станка (в ра- бочем положении), м; длина 5,8 7,7 6 ширина 2.3 2,64 2,7 высота 12,75 16 12 Масса станка с мачтой и двигателем, т й „ » а , 8 12,8 11,1
456 Глава 19. Водопонижение ТАБЛИЦА 19.35. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СТАНКОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ . .. ... Параметры . . Марка станков УГБ-50М УГБ-1ВС УРБ-ЗА2 1БА-15В УРБ-600 FA-12 Основной способ бурения Номинальная глубина буре- Враща шне тельный JKOM Вращач ельный с пр омывкой Вращательный с обрат- ной промывкой и удар- но-канатный НИЯ, м Диаметры бурения, мм; 50 50 600 500 600 250/250 начальный 198 198 243 394 490 1 214 J 1270/600 конечный 151 151 93 190 Высота мачты, м Максимальная грузоподъем- 8 8,65 18,4 18,4 22,4 13,12 ная сила, кН Установленная мощность 73 52 100 300 700 125 главного привода, кВт . . Габариты ‘станка (в транс- портном положении), мм; 36 44 180 288 520 *—• длина . . . , о , . . 8000 6540 10 850 10 860 12 460 13 100 • ширина . . 2250 2380 3 000 3 000 2 650 2 480 высота 3500 2730 3 750 3 750 4 160 3 560 Масса станка, т 6,235 6,045 13,6 14,7 22,7 15,82 ТАБЛИЦА 19.36. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СКВАЖИННЫХ НАСОСОВ Марка Мощность электродви- гателя, кВт Длина насоса, мм Марка Мощность электродви- гателя, кВт Длина насо- са, мм Агрегаты электронасосные центробежные скважинные для воды ЭЦВ5-4-125 2,8 1890 ЭЦВ5-6.3-80 2,8 1620 1ЭЦВ6-4-130 . 2,8 1700 1ЭЦВ6-4-190 4,5 2041 ЗЭЦВ6-6,3-85 2,8 1358 4ЭЦВ6-6,3-85 2,8 1484 ЗЭЦВ6-6,3-125 4,5 1564 4ЭЦВ6-6,3-125 4,5 1710 1ЭЦВ6-10-50 2,8 1361 ЗЭЦВ6-10-80 4,5 1415 1ЭЦВ6-10-110 ’ 5,5 1713 1ЭЦВ6-10-140 8 1891 1ЭЦВ-10-185 8 2222 ЭЦВ6-10-235 11 2799 ЗЭЦВ6-16-50 4,5 1502 ЗЭЦВ6-16-75 5,5 1708 ЭЦВ6-16-75Г 5,5 1640 ЭЦВ6-16-110Г 8 I860 ЭЦВ6-25-140ХГ 16 3291 ЭЦВ6-25-140ХТрГ 16 3291 ЗЭЦВ8-16-140 11 1795 1ЭЦВ8-25-100 11 1832 2ЭЦВ8-25-10С 11 1822 2ЭЦВ8-25-150 16 2128 1ЭЦВ8-25-150ХТрГ 22 2658 ЭЦВ8-25-300 32 4190 ЭЦВ8-40-60 11 1666 ЭЦВ8-40-180 32 2960 2ЭЦВ 10-63-65 22 1720 2ЭЦВ 10-63-110 32 2125 1 ЭЦВ! 0-63-150 45 2504 2ЭЦВ10-63-150 45 2415 1ЭЦВ10-63-270 65 3234 ЭЦВ 10-120-60 32 2150 ЭЦВ10-160-35Г 22 1867 1ЭЦВ12-16Э-65 45 1966 1ЭЦВ12-160-100 65 2157 1ЭЦВ12-210-25 22 1747 2ЭЦВ 12-210-55 45 2330 1ЭЦВ12-210-145 125 3390 2ЭЦВ12-255-301 32 1602 ЭЦВ 12-375-301 45 1860 ЭЦВ14-210-300Х 250 5679 ЭЦВ16-375-175Х 250 5626 Агрегаты водоподъемные с электродвигателем над скважиной АТН8-1-7 7,5 33 396 АТН8-1-11 10 46 154 АТН8-1-16 13 69 915 АТН’8-1-22 17 93 358 20А-18X1-1 75 27 210 20А-18X3-1 250 83 375 24А-18X1-1 250 43 797 'Примечания: 1. Типоразмеры агрегатов ЭЦВ соответствуют ГОСТ 10428—79. 2. Требуемый подпор для насосов от ЭЦВ5-4-125 до 1ЭЦВ12-210-25—1 м; от 2ЭЦВ12-210-55 до 2ЭЦВ12-255- 301, а также ЭЦВ 14-210-300Х—2 м; для ЭЦВ12-375-301 и ЭЦВ16-375-175Х—6 м. 3. Буквы в марке агрегатов обозначают: А — артезианский; В — водяной; Г — допускается повышен- ное содержание твердых механических примесей в воде; Н — насос; Т — турбинный; Тр—допускается повы- шенная температура воды; X — допускается химическая активность воды; Ц — центробежный; Э — с приводом от погружного электродвигателя. 4. Числа в марке агрегатов обозначают; первое (для насосов типа ЭЦВ — первое после букв) — внутрен- ний диаметр фильтровой колонны, уменьшенный в 25 раз и округленный; второе — для насосов типа А быстроходность, типа АТН — тип рабочего колеса, типа ЭЦВ — производительность, м3/ч; третье — для насо- сов типа А—число корпусов насоса, типа АТН — число рабочих колес; типа ЭЦВ — напор, м. Вращательное бурение ведется с прямой или обратной промывкой. При бурении с при- менением глинистых растворов необходимо обеспечить эффективную разглинизацию сква- жин. Параметры станков вращательного буре- ния приведены в табл. 19.35. При применении фильтров без обсыпки диаметр бурения дол- жен быть больше диаметра фильтровой колонны на 5Q-’-100 мм. При гидравлическом бурении фильтровые или обсадные колонны скважин погружают в грунт с помощью гидроразмыва. В грунтах с большим водопоглощением дополнительно к во- де подается сжатый воздух. Эффективно соче- тание гидроразмыва с вибрационным воздей- ствием на погружаемую колонну. В скважинах, предназначенных для уста- новки в них насосов с трансмиссионным валом,
19.3. Оборудование и производство работ .45,7 отклонение от вертикали не должно превышать 0,005 глубины скважины. Погружные насо- сы монтируют в скважинах после проверки фильтровой колонны на проходимость шабло- ном длиной 5 м и диаметром, на 50 мм пре- вышающим диаметр насоса. Технические дан- ные выпускаемых в Советском Союзе скважин- ных насосов приведены в табл. 19.36. . Обсыпка фильтров скважин должна произ- водиться равномерно и непрерывно слоями высотой не более 30-кратной толщины обсыпки. 19.5.4. Устройство иглофильтровых установок Обычно иглофильтры легких и эжекторных водопонизительных установок погружаются в песчаные однородные грунты гидроразмывом под давлением (0,4—0,6 МПа). При наличии в песчаном слое больших включений гравия или значительных по высоте прослоек плотного гли- нистого грунта иглофильтры устанавливают в заранее пробуренные скважины. Вакуумные концентрические водоприемники установок ЭВВУ устанавливаются только в пробуренные скважины. Водоподъемная (внутренняя) колон- на труб с эжекторным водоподъемником мон- тируется после погружения в грунт надфильт- ровой (наружной) колонны труб эжекторного иглофильтра. Вокруг иглофильтров в грунтах с коэффи- циентом фильтрации менее 5 м/сут устраива- ется песчано-гравийная обсыпка. В безнапор- ном водоносном слое с коэффициентом филь- трации 0,5—2 м/сут песчано-гравийная обсыпка иглофильтров установок типа УВВ выполня- ется высотой 2,5—3,5 м от забоя скважины, а верхняя часть зазора заполняется местным грунтом. В грунтах с коэффициентом фильтра- ции менее 0,5 м/сут обсыпка доводится до., по- верхности земли. ' Трубопроводы эжекторных установок после монтажа следует испытать на давление воды 1 МПа, а легких установок — на давление 0,1 — 0,2 МПа. Звенья труб водоподъемных колонн скважин должны быть проверены бпрессовкрй водой при давлении, на 50 % превосходящем расчетное значение. Из скважин, оборудован- ных эжекторными водоподъемниками, откачи- ваемую воду, содержащую взвешенные части- цы грунта, следует отводить в сторону, минуя циркуляционный бак. Перед спуском погружного насоса в сква- жину сопротивление изоляции обмотки электро- двигателя должно быть не менее 0,5 МОм. Для определения готовности смонтирован- ной водопонизительной системы проводятся пробные откачки, в процессе которых опреде- ляются эффективность работы насосов, герме- тичность соединений и отсутствие в откачивае- мой воде песчаных частиц. Водопонизительная система может быть принята в эксплуатацию при условии ее нормальной работы в течение не менее 1 сут после запуска. Параметры вы- пускаемых в Советском Союзе иглофильтровых установок приведены в табл. 19.37. ТАБЛИЦА 19.37. ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИГЛОФИЛЬТРОВЫХ УСТАНОВОК Параметры •ЛИУ-6Б УВВ-2 УВВ-3-6КМ ЭИ-70 (ЭВВУ)« насос № 1 насос № 2 Максимальная производительность установки по воде, м1 * 3/ч 140 65 43 43 150 : Напор на выходе, м 35 28 — 20 »—-Г Масса насосного агрегата, кг . . 650 470 1320 790 639 . .' Габариты насосного агрегата (с электродвигателем), мм: в плане 1845X945 1680X735 4400X2200 1800X 780 1500X690 высота 1250 1234 1900 1400 715 Мощность электродвигателя, кВт . 22 11 30 15 75.. Длина коллектора, м: всасывающего 105 54 105 / П-Л. ? напорного . . w . — — 48 сливного — 42 Длина одного звена, м . . . . . 6 4,5 6 6 , ,. Размеры фильтрового звена: наружный диаметр по сетке, мм 68,0 70 68,5 70 общая длина, м . 0,94 1,0 1,26 1,12 длина водоприемной части, м . 0,80 0,80 0,80 0,80 Общая длина иглофильтра, м . . 8,5 7,5 8,5 12 Масса установки, т 7 ,1 5,08 6,80 10,5 * В комплект установок типа ЭВВУ дополнительно входят фильтровые оболочки, а фильтровые звенья не имеют сетчатого покрытия. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абрамов С. К. Подземные дренажи в промыш- ленном и городском строительстве.—М.; Стройиздат, 1973. — 281 с. 2. Гаврилко В. М., Алексеев В. С. Фильтры бу- ровых скважин.'—М,; Недра, 1976. — 344 с.' . 3. Григорьев В. М. Вакуумное водопонижение.-»» М.: Стройиздат, 1973.—222 с.
Глава 20. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТЛОВАНОВ 20.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Проекты разработки котлованов составля- ют в тех случаях, когда глубина котлована пре- вышает 2 м и для его устройства требуется применение каких-либо защитных мероприя- тий — сложных ограждений, глубинного водо- отлива и т. д. Проект разработки котлована должен включать в себя чертежи котлована (в том числе чертежи креплений стен, схемы рас- положения водопонизительных средств и т. д.) и указания о комплекте машин для выполне- ния всех работ, о расстановке землеройных машин и транспортных средств в забое, о спо- собах производства работ и последовательно- сти выполнения операций, о производительно- сти землеройных машин, а также данные о потребности в основных материалах. При проектировании котлованов и траншей, устраиваемых в непосредственной близости й ниже уровня заложения существующих соору- жений, необходима разработка мероприятий против осадки и деформации этих сооружений. К этим мероприятиям относятся: забивка шпунтовой стенки, ограждающей /' основание существующего здания; закрепление грунтов основания силикати- J задней или цементацией; заглубление подошвы существующего фун- дамента ниже дна проектируемого котлована путем.подводки под него нового фундамента. . . Выбор типа мероприятий зависит от геоло- гических и гидрогеологических условий, вели- чины заглубления и других местных условий и проводится на основе технико-экономического сравнения вариантов. В зависимости от свойств грунта, глуби- ны выработки и наличия подземных вод кот- лованы устраивают с откосными или верти- кальными стенками. В маловлажных грунтах природного сложения допускается устройство котлованов и траншей с вертикальными стен- ками без креплений, если они оставляются от- крытыми на непродолжительный срок. При отсутствии вблизи будущего котлована или траншеи существующих фундаментов глубина выемки с вертикальным откосом (в зависимо- сти от грунтов) не должна превышать следую- щих величин, м: в дресвяном, гравийном, песчаном грунтах н супесях пластичных ........................ 1 в супесях, твердых, суглинках и глинах мяг- копластичных .............................. 1,25 в суглинках и глинах тугопластичных ... 1,5 » суглинках и глинах полутвердых........ 2 > суглиьках и глинах твердых ...... 3 При большей.глубине выемки необходимо предусматривать крепление стенок котлована или разрабатывать выемку с откосными стен- ками. При благоприятных условиях, исключаю- щих возможность оползней, сдвига, неравномер- ных просадок, распыления грунтов, при одно- родности сложения грунтов и отсутствии под- земных вод крутизна откосов котлованов и траншей, выполненных без креплений, должна быть не более величин, указанных в табл. 14.1. При глубине котлована более 5 м крутизна откосов принимается по расчету. При наличии подземных вод выше отмет- ки дна котлована в проекте должны предусмат- риваться мероприятия по защите котлована от притока этих вод. К этим мероприятиям от- носятся: устройство открытого водоотлива; искусственное понижение уровня подзем- ных вод (глубинный водоотлив); устройство противофильтрационной завесы; замораживание грунтов; применение шпунтового ограждения. Разработка грунта в котлованах и тран- шеях производится экскаваторами, скрепера- ми, бульдозерами и другими землеройными ме- ханизмами, а также с применением средств гидромеханизации. На рис. 20.1 приведены различные схемы крепления вертикальных стен котлована. При больших глубинах котлована (до 5 м) приме- няется консольная (безанкерная) шпунтовая стенка (рис. 20.1, а). Распорные крепления (рис. 20.1, б) применяются при ширине котло- вана до 15 м. В зависимости от глубины кот- лована они могут быть с одним ярусом рас- порок, с двумя и т. д. Анкерные крепления (рис. 20.1, г, д) представляют собой анкерные тяги, передающие усилия от крепи на анкерные сваи или плиты, и применяются для широких котлованов, а также в тех случаях, когда кре- пления распорного ?ипа мешают возведению фундаментов. Подкосные крепления (рис. 20.1, в) используются при ограждении стен широких котлованов, когда невозможно при- менить распорный или анкерный тип крепле- ния. Подкосы устанавливаются в один-два ря- да по высоте. Ограждение конструкций стен котлованов устраивается: из железобетонных забивных или ’'буронабивных свай (рис. 20.2, а); из сплошной железобетонной стенки, выполняемой способом «стена в грунте» или способом «секущихся» скважин (рис. 20.2, б); из деревянного, желе- зобетонного (рис. 20.2, в) или металлического
20.2. Расчет креплений котлованов 459 Рис. 20.1. Крепление стен котлованов а—консольная (безанкерная) шпунтовая стенка; б — распорное крепление; в — подкосное крепление; г и д — анкепные крепления; 1 — существующие фун- даменты; 2 — ограждающая конструкция стен котло- вана; 3 — распределительный (анкерный) пояс: 4 — распорки; 5 — выполненный участок днища сооруже- ния; 6 — анкерная тяга; 7 — стяжная муфта; <3 — ан- керная стенка; 9—анкерная плита (рис. 20.2, г) шпунта; из прокатных профилей (рис. 20.2, д). Ограждения стен котлована, по- казанные на рис. 20.2, а, д, применяются при связных грунтах и отсутствии подземных вод, а ограждения, приведенные на рис. 20.2, б, в, г, — при несвязных и водонасыщенных грун- тах. В табл. 20.1 указан сортамент стального шпунта, прокатываемого отечественными заво- дами. 20.2. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЙ КОТЛОВАНОВ 20.2.1. Расчет тонких (гибких) свободно стоящих стенок Безанкерная тонкая подпорная стенка представляет собой в расчетноьгбтношении ста- тически определимую балку, имеющую опору в основании и находящуюся в статическом рав- новесии вследствие уравновешенного активного и пассивного давлений грунта. Задача расчета состоит в определении глубины забивки и тол- щины стенки. Расчет безанкерных стенок ведется по ме- тоду Блюма-Ломейера (способ «упругой ли- нии»), который дает результаты, вполне отве- чающие натурным данным. Так как эпюра рас- Рис. 20.2. Ограждающие конструкции стен котлована а — буронабивные сваи; б — железобетонная стенка из «секущихся» свай; е — железобетонный шпунт; г — металлический шпунт; д — про» ватные профили: 1 — двутавр; 2—-забивка из досок; 3 — рейка
Т А Б Л И Ц А 20.1. СОРТАМЕНТ СТАЛЬНОГО ШПУНТА Схематический' профиль шпунта Условное обозначение профиля Размеры, мм Площадь по- перечного се- чения, см2 Масса 1 м длины, кг | Момент инерции, см* Момент сопротиале? ния, см3 В Н h d t сваи 1 м стен- ки сваи 1 и стенки есГ П в ШП-I 400 103 81 — 10 82,5 64 332 830 74 125 Чл X __ 2^ L Y~^ ¥- п-— — < ‘ л А bi | ^7 ШП-I 400 110 —- 10 10 64 50 730 1 230 114 285 ^f>o -t _x „ ; Ю'су^х у 8^ • Л- HI 400 168 34 9,5 13 80 . 62 2760 23 200 258 1600 J „ ., -4 Л-IV 400 180 35,5 11 14,8 94,6 74 4660 39 600 405 2'200 t V*.g (Г в л-v 420 180 36 13 20,5 127,6 100 6243 54 000 420 3000 Глава 20. Проектирование котлованов
20.2. Расчет ’креплений котлованов 461 пора и эпюра отпора обычно имеют сложные очертания в связи с неоднородностью грунта, то целесообразнее веста расчет графоаналити- ческим способом. Коэффициент пассивного давления грунта Хр принимается по табл. 20.2 или вычисляется по формулам гл. 7. ТАБЛИЦА 20.2. КОЭФФИЦИЕНТЫ АКТИВНОГО И ПАССИВНОГО ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА 0 ф[ Ч 0 Ф[ Ч 10 0,70 1,42 28 0,36 2,77 11 0,68 1,47 29 0,35 2,88 12 0.66 1,52 30 0,33 3,00 13 0,63 1,57 31 0,32 3,12 14 0,61 1,64 32 - 0,31 3,25 15 0,59 1,69 33 0,30 3,39 16 0,57 1,76 34 0,28 3,54 17 0,55 1,82 35 0,27 3,69 18 0,53 1,89 36 0,26 3,85 19 0,51 1,96 37 0,25 4,02 20 0,49 2,04 38 0,24 4,20 21 0,47 2,12 39 0,23 4,39 22 0,46 2,20 40 0,22 4,60 23 0,44 2,28 41 0,21 4,82 24 0,42 2,37 . 42 0,20 5,04 25 0,41 2,46 43 0,19 5,29 26 0,39 2,56 44 0,18 5,55 27 0,38 2,66 45 0,17 5,83 Первым этапом расчета является построе- ние эпюр активного и пассивного давления грунта. Поскольку требуемая глубина забивки стенки первоначально неизвестна, эпюры строят до уровня, заведомо превосходящего ее. Далее ординаты эпюр оР и оа взаимно вычитаются и результирующую эпюру, как обычно при гра- фоаналитических расчетах, делят на полоски (рис. 20.3, б), которые заменяют сосредоточен- ными силами, равными площадям полосок (рис. 20.3, в). По этим силам строят силовой (рис. 20.3, г) и веревочный (рис. 20.3, д) мно- гоугольники. Полюс О силового многоугольни- ка удобно принимать на одной вертикали с на- чалом первой силы, полюсное расстояние Н не следует выбирать чрезмерно большим, так как при этом уменьшается кривизна веревоч- ного многоугольника и в результате снижает- ся точность расчета. Направление замыкающей веревочного многоугольника определяется пер- вым его лучом, продленным до пересечения с последним лучом (см. пунктир на рис. 20.3, д). Полученная фигура представляет собой в опре- деленном масштабе эпюру изгибающих момен- тов в стенке. Значения моментов равны произ- ведению полюсного расстояния в масштабе, сил на соответствующие ординаты замкнутого ве- ревочного многоугольника в масштабе длин: ^тах — НУтах- (20.1) В соответствии с принятой расчетной схе- мой точка приложения сил Е' и, следовательно, нижняя граница действующей эпюры пассив- Рис. 20.3. К расчету свободно стоящей гибкой стенки (эпюра пассивного давления вычерчена слева в уменьшенном в 4 раза масштабе) / — при Тр —18 кН/м3, А ах “0,27, ф1Х=35°; // — при VI2 = 16 кН/м3, А. а9 =0,33, (р12=30=; 7/7 — приу13 == = 11 кН/м’, X , =0,22, фт, =40° ad r 1о ного давления грунта слева находятся в месте пересечения веревочного многоугольника с за.- мыкающей на расстоянии t от поверхности грунта перед стенкой. Полная минимально не- обходимая глубина забивки стенки в грунте . + (20.2) где А/ — длина участка стенки, необходимая для реализации обратного отпора: %Я (^р ^а) (20.3) „ i здесь <?=3у . h + д—вертикальная нагрузка на уров- не приложения силы Е (где h . — мощность слоя грунта с удельным весом При практических расчетах с достаточной точностью можно принимать t= 1,1/п. Проверка общей устойчивости безанкерных стенок выполняется по методу круглоцилинд- рических поверхностей скольжения, изложен- ному в гл. 14. Незаанкеренные тонкие стенки обладают довольно значительной податливостью, вследст- вие чего в ряде случаев возникает необходи- мость в определении смещения их верха, кото-
462 Глава' 20. Проектирование котлованов рое можно представить как сумму трех сла- гаемых (рис. 20.4) [1]: Д — Ах -|- Д2 -ф- Д3, (20.4) где Д1 — прогиб стенки на участке свободной высоты длиной L, рассматриваемом ' как консольная балка; Д2 — смещение сечения стенки, удаленного от поверх- ности грунта на расстояние Г; Дз — смещение, обра- зующееся вследствие поворота этого сечения. Рис. 20.4. К определению деформаций безанкерной стенки Рассматривая заглубленный участок стен- ки как жесткую балку, можно, используя ре- шения Н. К. Снитко, получить: 12 Г / 3L \ Д = Дх + --- М2-}------ 4- ksH \ ' t К (20.5) где М и Q — соответственно изгибающий момент и перерезывающая сила в сечении стенки, удаленном на глубину L от поверхности грунта; fes—коэффи- циент постели грунта основания на уровне низа стенки (значение коэффициента постели изменяется по глубине). Прогиб Д) при известной жесткости стенки EI легко вычисляется по табличным формулам сопротивления материалов. При трапецеидаль- ной эпюре нагрузки на участке стенки в пре- делах ее свободной высоты с верхней ордина- той (Tai и нижней Оа2 имеем: . Л4 0 10’al 4- 4(JO2) (20.6) Пример 20.1. Требуется определить необходимую глубину забивки стенки в дно котлована (до отмет- ки 6,20 м) и изгибающий момент в сгенке. Глубина котлована [свободная высота^ SSffiLljC Оа в е р х н ости”~ грУНТЗ“Т1ёЗ ству ёт~’’в рем е и и а я““*р а в н о м ер н о распределенная нагрузка <?=5 кН/м2. Физические ха- рактеристики грунтов приведены на рис 20.3, а. Ко- эффициенты надежности по нагрузке для активного давления грунта и для временвой нагрузки уу =1,2, для пассивного давления грунта у у=0,8. Решение. Вычисляем ординаты эпюры нагрузок и элементарные силы Q и сводим полученные значе- ния в табл. 20.3 и 20.4. Выполняем графоаналитичес- кий расчет (рис. 20.3, б—д) и получаем следующие значения: /0=4 м; у =”3,8 м; //=50 кН; Е = . max р = 165 кН. По формуле (20.3) находим: 2-116 (4,6 — 0,22) Полную необходимую глубину забивки стенки определяем по формуле (20.2): 1 = 44-0,2 = 4,2 м. Расчетный изгибающий момент в стенке вычисля- ем по выражению (20.1): Мтах = 50’3-8 = 190 кН-м. Приведенные выше материалы по расчету тонких свободно стоящих стенок (по Блюму— Ломейеру) основаны на пренебрежении трением между стенкой и грунтом, что является до на- стоящего времени общепринятым и обеспечива- ет необходимую глубину забивки стенки1 ТАБЛИЦА 20.3. РАСЧЕТ ОРДИНАТ ЭПЮРЫ НАГРУЗОК (см. рис. 20.3) Отметка, м Oq = q + + S У. , кПа л а II a Q Я и кПа = W’P’ кПа — и', кПа а р' 4-2,00 5 0,324 1,6 ... - 1,6 •4-1,00 5-}-1.18=23 0,324 7,5 —, — 7,5 0,00 234-1-18=41 0,324 13.3 13,3 0,396 16,2 —‘ — 16,2 —1,00 414-1-16=56 0,396 22,2 — — —, 22,2 0,396 28,5 28,5 —2,00 5(5—»16=72 0,264 19 — — 19 —3,00 724-1-11=83 0,264 21,9 1-11=11 3 ,'68 40,5 —18,6 —4,00 83-|-1 • 11=94,9 0,264 24,8 22 3,68 . 81 —56,2 —5,00 944-1-11=105 0,264 27,7 33 3,68 121,5 —93,8 —6,00 105-4-1-11=116 0,264 30,6 44 3,68 162 —131,4 Примечание, Над чертой даны значения ординат, находящихся выше отметки, под чертой ™ ниже отметки.
20.2. Расчет креплений котлованов 463 ТАБЛИЦА 20.4. ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СИЛ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ НАГРУЗОК (см. рис. 20.3) Номер силы Расчет Q, кН : 1 0,5 (1,6+7,5) 1 4,55 2 0,5 (7,5+13,3) 1 10,4 3 0,5 (16,2+22,8) 1 19,5 4 0,5 (22,8+28,5) 1 25,65 5 0,5-19-0,505 4,8 6 0,5-18,6-0,495 4,6 7 0,5 (18,6+56,2) 1 37,4 8 0,5 (56,2-1—93,8) 1 75 9 0,5 (93,8+131,4) 1 112,6 20.2.2. Расчет тонких (гибких) заанкеренных стенок А. ТОНКАЯ СТЕНКА С ОДНИМ АНКЕРОМ При статическом расчете заанкеренных тонких стенок определяют: необходимую глу- бину заложения стенки в основание котлована; усилия, действующие в стенке, анкерных тя- гах и опорах; размеры и расположение опор. Характер работы заанкеренной и безанкер- ной стенок существенно различен. Возможны две основные расчетные схемы: первая, когда глубина погружения стенки определяется толь- ко условием обеспечения ее статического рав- новесия против выпора (схема Э. К. Якоби), и вторая, когда она принимается по условию получения минимальных значений изгибающих моментов (схема Блюма—Ломейера). Вторая расчетная схема используется чаще, посколь- ку некоторое дополнительное заглубление стен- ки позволяет получить больший экономический эффект вследствие утонения стенки и облег- чения анкерных устройств. Как показали исследования, схема Блюма— Ломейера в большинстве случаев не может применяться для стенок большой жесткости из буронабивных свай, свай-оболочек и из желе- зобетонного шпунта. Такие конструкции следу- ет рассчитывать по условию свободного опи- рания (схема Э. К. Якоби). Критерием, по ко- торому оценивается жесткость стенок, являет- ся отношение daiJ// (где dav приведенная высота сечения стенки, a t — глубина ее за- бивки при расчете по схеме Блюма—Ломейе- ра). При с/П1,/д>0,06 считается, что стенка име- ет повышенную жесткость и ее следует рас- считывать по схеме свободного опирания. Значение dav определяется по формуле dav = 3/l27/(D + /), (20.7) где I и D — момент инерции и диаметр сваи-оболоч- ки. буронабивной сваи (ширина шпунта); / — зазор между соседними сваями или шпунтами. На рис. 20.5 показана работа заанкерен- ной стенки при определении t по первой и вто- рой расчетным схемам. Расчет заанкеренных стенок по схемам Якоби и Блюма—Ломейера ведется графоана- литическим методом упругой линии (рис. 20.6). Эпюры активного и пассивного давлений грун- та, силовой и веревочный многоугольники стро- ятся так же, как и для безанкерных стенок, Рис. 20.5. Работа заанкеренной стенки в зависимости от глубины забивки сг — схема Якоби; б — схема Блюма—Ломейера Ер -275кН Рис. 20.6. К расчету заанкеренной тонкой стенки по методу упругой линии / — при =18 кН/м3, Ха1=О,28, ф1Х=34°; II— ’при VI2 =20 кН/м3, ф10=34°; ///—при у13 =16 кН'м3, Ф13 =33°; IV — при Vn = 10 кН/м3, А-о4=0,3, А.р4=3,39, Ф14=23°, К'=0,44. А>2
464 Глава 20. Проектирование котлованов а замыкающая веревочного многоугольника проводится с учетом принятой расчетной схемы. Значение консольного изгибающего момента оп- ределяется точкой пересечения первого луча веревочного многоугольника с горизонтальной линией, проходящей на отметке прикрепления анкеров к стенке. Этот луч представляет со- бой верхний отрезок ломаной замыкающей ве- ревочного многоугольника. Второй луч замы- кающей при расчете по схеме Якоби прово- дится по касательной к веревочному Многоугольнику (линия АС' на рис. 20.6,0). Максимальный изгибающий момент в стенке определяется соотношением Мтах=Нуа. Расчетная схема Блюма—Ломейера базиру- ется на предпосылке, что нижний участок за- битой части стенки полностью защемлен в ос- новании. Принимается, что угол поворота за- щемленного сечения '0 = 0 и его смещение А = 0. Кроме Того, принято допущение о равенстве изгибающего момента в этом сечении. При этих принятых опорных условиях замыкающая веревочного многоугольника проводится так, чтобы максимальная ордината нижней части эпюры у2 была равна или на 5—10 % меньше максимальной ординаты эпюры в пролетной части стенки у} (линия АС на рис. 20.6, д). Точки С' й С касания или пересечения замы- кающей с веревочным многоугольником опреде- ляют расчётную глубину забивки стенки и ме- сто приложения силы Ер> Полную глубину забивки определяют по формуле (20.2). Значениие Д/ для заанкеренных стенок вы- числяют по формуле 2q(K'Kp-Ka) ’ (20.8) где К' — коэффициент, учитывающий снижение ин- тенсивности обратного отпора в результате действия сил трения грунта о стенку, направленных вверх (см. рис. 20.5, б) н принимаемый по табл. 16.9. При расчете заанкеренных тонких стенок учитывается трение между стенкой и грунтом, которое оказывает существенное влияние на коэффициент пассивного давления грунта. Зна- чение коэффициента пассивного давления грун- та находят по формулам гл. 7 или умножени- ем Ар, найденного по табл. 20.2, на коэффици- ент kp, значения которого приведены в табл. 20.5. Полную глубину забивки заанкеренных стенок можно принимать при практических рас- чеТа^Д^(Е15-^ 1,2) /0. Перенеся направление замыкающей на си- ловой многоугольник, можной найти значение анкерной реакции А и силы Е р. Если анкерная ТАБЛИЦА 20.5, ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ф° k р для стенок металлических и деревянных железобетонных 10 1,2 1,2 15 1,4 1,5 20 1,6 1,8 25 1,7 2,1 30 1,8 2,3 35 2,0 2,6 40 2,3 • 3,0 тяга наклонена под углом а к горизонту, то усилия в ней составят: А' — А/cos а. Максимальный пролетный изгибающий мо- мент в стенке определяют по формуле Мтах— = Нух. Изгибающий момент Мтах, полученный в результате расчета по методу упругой ли- нии, имеет завышенное значение, так как вслед- ствие гибкости стенки происходит перераспре- деление давления грунта, причем давление в пролете уменьшается, а к анкерной опоре уве- личивается. Для учета влияния этого перерас- пределения найденный графоаналитическим расчетом изгибающий момент Мтах уменьша- ется на коэффициент kd, определенный по гра- фику Общества датских инженеров (рис. 20.7) Рис. 20.7. Влияние жесткости стенок на значения дей- ствующих в них изгибающих моментов в зависимости от значения угла внутреннего трения и отношения толщины d стенки к про- летной длине стенки /.Так как рис. 20.7 отно- сится к стенке из железобетонного шпунта, толщину d для других видов стенок следует принимать по формуле (20.7). Длина / ориен-
20.2. Расчет креплений котлованов 465 Т А Б Л ИЦА 20.6. РАСЧЕТ ОРДИНАТ ЭПЮРЫ НАГРУЗОК (см. рис. 20.6, б) Отметка, м + И Q дк II - + Il Q Q Я а -е 11 Q II СТ =Sy,. U. Р It yt. кПа крк = °р уЪ К, кПа ст — ст', а р’ кПа +4,50 40 0,33 13,2 __ _ . 13,2 +2,00 40+18-2,5=85 0,33 28 •— — — 28 0,33 41,3 41,3 0,00 ' 85+20-2=125 0,36 45 — •— — 45 —3,00 125+16-3=173 0,36 62,3 0 5,4 . 62,3 —8,4 173+10-5,4=227 0,36 81,7 10-5,4=54 5,4 291,6 —209,9 Примечания: 1. Над чертой даны значения ординат, находящихся выше отметки, под чертой — ниже отметки. 2. Коэффициент /<=1,2. тировочно определяется как расстояние (по вертикали) между точками А и В на эпюре моментов (см. рис. 20.6, д). Угол внутреннего трения грунта принима- ется при разнородных грунтах равным средне- взвешенному значению углов внутреннего тре- ния п слоев грунта, находящихся в пределах длины I, по формуле 1=п Ч>1 = S VuUjl. (20.9) t=l где ф ..— угол внутреннего трения слоя Z; (/- —тол- 1 z » щина слоя Г. Значения анкерных усилий за счет подат- ливости анкерных закреплений принимаются с коэффициентом &i = l,4. Таким образом, рас- четные значения пролетных изгибающих момен- тов и анкерных реакций следует принимать по формулам: = (20.10) R’ Pki = 1,4R. (20.11) Пример 20.2. Требуется определить целесообраз- ную глубину забивки тонкой заанкеренной стенки (рис. 20.6, а) в дно котлована глубиной 7,5 м для получения в ней минимального изгибающего момента. На поверхности грунта действует временная равно- мерно распределенная нагрузка (? = 40 кН/м2. Физи- ческие характеристики грунтов приведены на рис. 20.6, а. Коэффициенты надежности по нагрузке для активного давления грунта и временного равномерно распределенной нагрузки уу = 1,2, для пассивного давления грунта у у =0,8. Решение. Вычисляем ординаты эпюры нагрузок и элементарные силы и сводим полученные значения в табл. 20.6 и 20.7. Выполняем графоаналитический расчет (см. рис. 20.6 в—д) и получаем следующие величины; /п-=5,4; у =1,9 м; /7=150 кН; Е — а max р =275 кН; /?=157 кН. По формуле (20.8) находим: 275 д/ ==--------------------— 0,а м. 2-227 (0,44-3,39 — 0,3) Полную максимально целесообразную глубину забивки стенки определяем по формуле (20,2): / = 5,4 4- 0,5 = 5,9 м. Максимальный изгибающий момент в стенке по формуле (20.1) будет: = 150-1,9 == 285 кН-м. I ft BLA- Расчетные значения изгибающего момента и уси- лия в анкере вычисляем по формулам (20.10) и (20.11): ' М = 285• 0,8 = 228 кН• м; R' — 157-1,4 = 219,8 кН. ТАБЛИЦА 20.7. ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СИЛ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ нагрузок (см. рис. 20.6) Номер силы Расчет Q, кН 1 0,5 (13,2+22) 1,5 26,4 2 0,5 ( 22+28)1 25 3 0,5 (28-1-34,65) 1 31,3 4 0,5 (34,65+41,3) 1 37,9 5 0,5 (45+50,8) 1 47,9 6 0,5 ( 50,8+56,6) 1 53,7 7 0,5 (56,6+62,3) 1 59,5 8 0,5-62,3-1,2 37„4 9 0,5-41,5-0,8 16,6 10 0,5 (41,5+93,4) 1 67,5 11 0,5 (93,4+145,4) 1 119,4 12 0,5 (145,5+197,3) 1 171,3 13 0,5 (197,3+209,9) 0,4 81,4 Б. ТОНКАЯ СТЕНКА С ДВУМЯ АНКЕРАМИ Двуханкерная неразрезная стенка, рассчи- тываемая по схеме Блюма—Ломейера, пред- ставляет собой статически неопределимую бал- ку. Как и при одноанкерной стенке, расчет ве- дется графоаналитическим методом упругой ли- нии, предложенным для стенок с двумя анке- рами А. Ф. Новиковым. Пример 20.3. Требуется определить то же, что и в примере 20.2 и для тех же заданных условий, толь- ко для стенки с двумя анкерами. Решение. Графоаналитический расчет тонкой стен- ки с двумя анкерами (рис. 20.8). На первом этапе расчета (рис. 20.8, а—в), как и ранее, строим: эпюры давления грунта на стенку, силовой и веревочный многоугольники. Специфика расчета состоит в оты- скании постоянного положения замыкающей веревоч- ного многоугольника, которое удовлетворит принятым опорным условиям, что проверяется последующим по- строением упругой линии стенки.. Последняя, будучи касательной к продольной оси стенки в точке прило- жения силы £ должна проходить через верхнее и ннжнее опорные закрепления А и В. Направление замыкающей (рис. 20.8, г) находим следующим образом. Продлеваем первый луч веревоч- ного многоугольника до пересечения с горизонтальной линией, проходящей через верхнее крепление (точка А). Полученная ордината представляет собой в мас- штабе, определяемом соотношением (20.1), консоль- ный изгибающий момент в стенке, который не зависит от работы остальной части балки и поэтому при всех последующих расчетах остается неизменным. Даль- нейшее направление ломаной замыкающей задаем двумя. прямыми, одна из которых проходит на уча- стке между опорами А и В, а другая — на участке
466 Глава 20. Проектирование котлованов Рис. 20.8. К расчету тонкой стенки с двумя с.м. экспликацию к рис. 20 .6 анкерами от опоры В до точки С (точки приложения силы Е&). При первой попытке положение этих прямых можно принять таким, чтобы ординаты эпюры моментов на опоре В, в пролетной и заглубленной частях были равны между собой = = Верхний участок в получаем соединением точки В с точкой А. Далее, принимая полученную эпюру моментов за фиктивную нагрузку, строим упругую ось стенки, от- вечающую выбранному положению замыкающей. Для этого вновь строим силовой (рис. 20.8, е) и веревоч- ный (рис. 20.8, д) многоугольники. Веревочный много- угольник и представляет собой искомую упругую ось стенки. Проведя замыкающую упругой линии через точки А И В, проверяем, является ли она одновременно ка- сательной к веревочному многоугольнику в точке при- ложения силы £ , т. е. соблюдаются ли исходные Р предпосылки метода Блюма—Ломейера. Указанное условие в данном примере не соблюдено, поэтому вносим поправки в положение замыкающей на рис. 20.8, д. Для этого изменяем ординаты эпюры момен- тов на опоре В, в пролетной и заглубленной частях стенки. Необходимую прибавку ординат на уровне ниж- ней опоры Л.М & и на уровне нижнего конца стенки ДМ (рис. 20.8, 3) находим по формулам: в------------------- (— 9,2 — 2-0,7) =— 15 кН-м; 7,6 (4-10,3 — 7,6) дмс = 6Н2 hz (4/ц h2) 6-60 7,6 (4-10,3—7,6) 2-10,3 \ 0,7 —9,2 = 34 кН-м; 7,6 J здесь Н2 — полюсное расстояние многоугольника фи- ктивных сил (рис. 20.8, е); h} и h2 — расстояния соот- ветственно от верхнего и нижнего анкеров до точки С; S и S„ — отклонения последнего луча упругой В о линии от замыкающей соответственно на уровне опо- ры В и точки G (в масштабе длин); знак S и Sr принимается отрицательным при отклонениях в сто- рону засыпки и положительным при противополож- ном направлении. Соединяя точки В', С, А (рис. 20,8, д), получаем новое положение замыкающей АВ’С'. Пересечение этой замыкающей с веревочной кривой в точке D оп- ределяет точку приложения силы £ . Критерием правильности поправки, внесенной в положение замыкающей, служит упругая ось (рис. 20.8, к), .построенная по суммарной эпюре моментов (рнс. 20.8, д). Полную глубину забивки определяем так же, как и для стенки с одним анкером, по Формулам (20,§) и (20.2). Для определения усилий в анкерах (Кд и R/?) новое положение замыкающей АВ'С' проводим на веревочном многоугольнике (рис. 20.8, г), для че- го вычисляем добавочные ординаты Ду _ и Ду „на £Э G уровне нижнего анкера и точки С по формулам: Дув = ДМВ/Н1 =— 15/100 =— 0,15 м; Дус = ВМС1Н^ = 34/100 = 0,34 м. Реакции в анкерах отсекаем в многоугольнике сил (рнс. 20.8, е) лучами, соответствующими этому положению замыкающей. Расчетный изгибающий момент определяем по максимальной ординате суммарной эпюры моментов (рис. 20.8, 3) по формуле (20.10), а расчетное анкер- ное усилие по формуле (20.11). В результате расчета получаем следующие величины: (0=4 м; Мтаа; = 103 кН-м; £'=140 кН; /? „ =25 кН; R «212 кН; РАВ . а 140 а „ Д/ = ----------------=0,3 м; 2-195 (0,44-3,39 — 0,3) t = 4 + 0,3 = 4,3 м; М — 103-0,8 = 82,4 кН -м; = 25-1,4 = 35 кН; RB = 2,12-1,4 = 296,8 кН. Как видно из результатов расчета стенок с одним анкером (рис. 20.6) и с двумя анке- рами (рис. 20.8), при прочих равных условиях
20.2. Расчет креплений котлованов 467 введение второго анкера значительно уменьша- ет изгибающий момент в стенке, при этом не- сколько сокращается глубина забивки стенки. 20.2.3, Растет анкерных опор А. АНКЕРНЫЕ ОПОРЫ В ВИДЕ ПЛИТЫ Устойчивость непрерывной анкерной плиты, находящейся под действием анкерного усилия R, обеспечивается сопротивлением выпиранию грунта, расположенного перед плитой. Это со- противление определяется как разность между пассивным Ер и активным Еа давлениями грун- та, действующими на плиту (рис. 20.9). Устойчивость сплошной по длине сооруже- ния анкерной плиты проверяют по формуле VnR^№p~Ea, (20.12) где т п— коэффициент надежности, учитывающий не- допустимость больших смещений плиты (рекоменду- ется принимать у п= 1,9-г2,0); ф—коэффициент, отра- жающий влияние заглубления t и высоты плиты hp на ее несущую способность (ф можно определять по рис. 20.9); Е р и Е а - соответственно равнодейст- вующие пассивного и активного давлений грунта на участке от низа поверхности засыпки. Следует отметить, что точка прикрепления анкера к плите должна быть выбрана так, что- бы усилия R', Ер и Еа действовали по одной прямой. Если анкерная плита не сплошная (рис. 20.10, б), то вместо выражения (20.12) исполь- зуется формула Vn R' 1а < (ф£р - Еа) bp D, (20.13) где I а—шаг анкерных тяг; b — ширина плиты; D — поправочный коэффициент, учитывающий работу грунта в зоне между плитами: £> = 1 -ф- 0,042 К - (2^Р + Ьр~ 1аУ *1Ьр (20.14) Удаление анкерных плит от лицевой стен- ки на расстояние Smax, при котором их сопро- тивление выпору реализуется в полной мере, должно быть таким, при котором точка Е пе- ресечения плоскости выпирания NE и плоско- сти обрушения DE находилась бы на поверх- ности грунта (положение MN на рис. 20.9 и 20.10, а). Максимальное целесообразное удаление ан- керной плиты определяется построением, пока- занным на рис. 20.9 и 20.10, а. Из точки D на глубине L", где изгибающий момент в стенке М = 0, проводят под углом 45° — гр/2 к верти- кали линию обрушения до пересечения с по- верхностью засыпки (точка Е), а далее из точ- ки Е проводят линию выпора под углом 45°— •—ср/2 к .горизонтали. Анкерная плита распола- Рис. 20.9. Расчетная схема нагрузок, действующих на анкерную плиту Рис. 20.10. К расчету анкерной плиты при горизон- тальной поверхности грунта гается таким образом, чтобы ее низ оказался на этой линии. При горизонтальной поверхности засыпки и однородном грунте наивыгоднейшее расстоя- ние от стенки до анкерной плиты (рис. 20.10, а): ,Smax = L" tg (45° - ф/2) + tp tg (45° + qp/2). (20.15) 30*
468 Глава, 20. Проектирование котлованов Если принять расстояние между лицевой стенкой и анкерной плитой S<Smra, несущая способность анкерной плиты будет недоисполь- зована. Минимально допустимым расстоянием между ними Smin является такое, при котором плоскость выпора, проведенная от низа плиты, выклинивается на уровне верха стенки (поло- жение М' N' на рис. 20.9 и 20.10, а). При значении S<Smax для проверки устойчивости анкерной плиты используется выражение R' < 'Hfp- - Е«, (20-16) где £* — снижение пассивного давления грунта в ре- Р зультате уменьшения объема призмы выпора: = Ъ (гХр/2, (20.17) здесь Л — расстояние между точкой пересечения пло- скостей обрушения и выпирания и поверхности за- сыпки. Б. АНКЕРНЫЕ ОПОРЫ В ВИДЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СВАИ И СТЕНОК Расчет таких опор ведется аналогично без- анкерным стенкам. Разница здесь лишь в том, что анкерные сваи полностью заглублены в грунт, и поэтому пассивное давление грунта действует на них по всей длине, а нагрузкой является сосредоточенная сила R — R'la. Удале- ние. свай от лицевой стенки на расстояние, при котором их несущая способность реализуется полностью, выражается соотношением Smax — L” tg (45° ф/2) (tp — — 2Д/) tg (45° — ф/2), (20.18) где t р~ расстояние между остря гм свай и поверх- ностью грунта; А/ — длина нижнего участка свай, необходимая для реализации пассивного давления * Е Д/ =-----=----------------, (20.19) 2Ул. Q (^р ^а) ^р здесь —коэффициент запаса, учитывающий недо- пустимость значительных перемещений • анкерных свай, равный 0,8; д — вертикальная нагрузка на уров- не приложения силы Е р, ширина сваи; D — ко- эффициент, отражающий влияние несплошности свайной стенки: 8z/3 — (2г/ + йр— /0)3 D = 1 4- 0,042 ----4Д-Д—Д-----22— , У- ьр (20,20) где у — ордината, отсчитываемая от поверхности грунта. При определении коэффициента D, подстав- ляемого в выражение (20.19), принимают «/ = = tp—M. Расчет свай целесообразно вести графоана- литическим методом. Давление грунта на от- дельно стоящую сваю вычисляется по соотно- шению (20.21) Затем строят силовой и веревочный много- угольники, определяющие изгибающие момен- ты в сваях, их длину и значение £*. Длину сваи определяют по формуле (20.2). Если ан- керные сваи удалены от стенки на расстояние S<Smax, то снижение их несущей способности можно учесть путем увеличения внешней на- грузки на величину Е*, определяемую по фор- муле (20.17). В этом случае R = (R + о 1а. Пример 20.4. Определить допускаемое усилие R' на одиночную анкерную плиту при следующих ис- ходных данных (рис. 20.11): уг = 17.5 кН/м3; фт=30°; V =0,333; л =3; tg ф T=tg(45°-(p7/2) =0,575; 1 =2 м; hp=bp=\ м: #=1,5 и; /р=г+йр= 1,5+1 =2,5 м; / р/Др= =2,5/1 =2,5; ф=0,75. На поверхности грунта имеется равномерно распределенная нагрузка /?=40 кПа. Рас- стояние от плиты до начальной точки приложения нагрузки lg — i,5/0,577=2,6 м. Решение, Глубину, на которой активное давление определяете? с учетом полной нагрузки, находим по формуле . 1Ч 2,6 л с t =----------2------------------ = 4,5 м. 4 tg (45° - ф} /2) 0.577 Активное давление од = vj tK == 17,5-1,5-0,333 = 8,8 кПа; °д = (VI fq + 4) <17’5'4-5 + 40> 0,333 = 39,5 кПа; Графически определяем Ofl=20 кПа. Тогда 8,8 ф- 20 . , г —------!— 1 = 14,4 кН/м. а 2 Пассивнее давление о = у, = 17,5.1,5-3 = 78,8 кПа; Р 1 Р <тр = ут #р А,р = 17,5-2,5-3=131 кПа. Отсюда находим: _ 78,8 +131 „ п гт, £ = !__Е-------- 1 == 104,9 кН/м. Р 2 Рис. 20.11. К расчету плиты при равномерно распре- деленной нагрузке на поверхности грунта
20.2. Расчет креплений котлованов 469 ТАБЛИЦА 20.8. РАСЧЕТ ОРДИНАТ ЭПЮРЫ НАГРУЗОК (см. рис. 20.12) Отметка, и <7^= S 1 4- q, кПа % (1р ~ V bpD’ —1,50 17,5.1,5=26,3 2,77—0,361=2,409 2,409 26,3-2,409-0,3-2,23=42,4 29,8-2,409-0,3 - 2,23=48 • —1,70 26,34-0,2-17,5=29,8 2,37—0,421=1,949 29,8-1,949-0,3-2,23=38,9 —2,20 29,84-10-0,5=34,8 1,949 34,8-1,949-0,3-2,23=45,4 —2,70 34,84-10-0,5=39,8 1,949 39,8-1,949-0,3-2,23=51,9 —3,20 39,84-10-0,5=44,8 1,949 44,8-1,949 - 0,3 - 2,23=58,4 —3,70 44,84-10-0,5=49,8 1,949 49,8-1,949-0,3-2,23=64,9 —4,20 49,84-10-0,5=54,8 1,949 54,8-1,949-0,3-2,23=71,5 —4,50 54,84-10-0,3=57,8 1,949 57,8-1,949-0,3.2,23=75,4 Примечание. отметки. Над чертой даны значения ординат, находящихся выше отметки, под чертой — ниже По формуле (20.14): D = 1 + 0,042 = 1,39. 2,52 *-1 Допускаемое усилие в анкере по формуле (20.13) R = = КН. 2 R’ = 22,35 кН. Заглубление анкера может быть приближенно определено исходя из расположения его на уровне центра тяжести эпюры пассивного давления по фор- муле Р 1 х ’ +±Ь?__2.05 14-2-1,5 Пример 30.5. Рассчитать одиночную анкерную сваю при следующих исходных данных (рис. 20.12): R=R' I о =60 кН; ^=1,5 м; /а=1,1 м; Ьр=0,3 м. Характеристики грунта приведены на рис. 20.12. Решение. Вначале для вычисления ординат эпю- ры нагрузок находим коэффициент D по формуле (20.20) при y=t р=4,5 м: D = 1 + 0,042 8-4-53-Р-^5 * *+0-3-МГ = 22Х 4,52-0,3 Вычисленные опдинаты эпюры нагрузок и эле- ментарные силы сводим в табл. 20.8 и 20.9. Затем строим силовой и веревочный многоугольники (рис. 20.12, в, г). Точка пересечения замыкающей (парал- лельной лучу в силовом многоугольнике, проходяще- му через конечную точку приложения силы R) с веревочным многоугольником определяет длину стен- ки fn без учета запаса на защемление. Длину сван стенки определяем по формуле (20.2): йр = ?0 4- = 3 4- 0,6 = 3,6 м. ТАБЛИЦА 20.9. ЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СИЛ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ НАГРУЗОК (см. рис. 20.12) Номер силы Расчет Q, кН 1 0,5 (42,44-48) 0,2 9,04 2 0,5 (38,94-45,4) 0,5 21,08 3 0,5 (45,44-51,9) 0,5 24,3 4 0,5 (51,94-58,4) 0,5 27,6 О 0,5 (58,44-64,9) 0,5 30,8 6 0,5 (64,94-71,5) 0,5 34,1 7 0,5 (71,5-1-75,4) 0,3 22 Рис. 20.12. К расчету анкерной сваи /—при уп=17,5 кН/мэ, q>j [“28°; // — при Vj2 = = 10 кН/м3, <р 12=24’ Значение А/ вычисляем по выражению (20.19): 3-0,8 (17,5-17 4- 10-2,8) (2,77 — 0,421) 0,3-2,23 = 0,6 м. Максимальный изгибающий момент будет: Мт = 62,5-0,75 =47 кН-м. max 20.2.4. Расчет основных конструктивных элементов тонких стенок В заанкеренных тонких стенках, помимо самой стенки, рабочими элементами являются продольные распределительные балки (анкер- ные пояса), анкеры и конструктивные детали анкерных конструкций. Расчет всех этих эле-
470 Глава 20. Проектирование котлованов ментов производится по общим методам строи- тельной механики. Шпунтовая стенка рассчитывается на рас- четный изгибающий момент М, причем для не- заанкеренных стенок таковым считается 7И= — Мтах [см. формулу (20.1)], для заанкерен- ных M = kdMmax [см. формулу (20.10)]. Необ- ходимый момент сопротивления стенки W = M/R. Анкерные пояса рассчитываются как бал- ки, нагруженные горизонтальной равномерно распределенной нагрузкой R', кН/м, и имею- щие опоры в местах закрепления анкеров. Анкеры служат для передачи реакции верх* него конца тонкой стенки на анкерную конст- рукцию и воспринимают предельное усилие растяжения R = R'l„, где R'^=1,4R" (здесь R" — реакция 1 м тонкой стенки, получаемая гра- фическим расчетом). Распорки рассчитываются на внецентрен- ное сжатие, при котором момент в сечении рас- порок возникает от их собственного веса, а продольное усилие R=R'lp — \,4R"lp. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Будин А. Я., Демина Г. А, Набережные. Спра- вочное пособие. — М.: Стройиздат, 1979. —• 287 с.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ А Агрегат насосный 429 Агрессивность подземных вод 68, 197, 397 Амплитуда колебаний фундамента 226, 227, 228 Анизотропность грунта 59, 274 Анкер 106, 128, 395 — временный 394, 396 — инъекционный 394, 396 — постоянный 99, 394 Арматура напрягаемая 157, 177 — ненапрягаемая 156, 168, 289 — поперечная ПО, 119, 200 — продольная 148, 282, 412 — рабочая 115, 215, 353 — распределительная 46 Армирование грунта 108 — противоусадочное 222 — свай 161, 177, 285 — фундамента 226 — центральное 186 Армокаркас 200, 214, 388 Б Балка бесконечная 145 — жесткая 135, 140 ~ конечной жесткости 235 — консольная 414 — неразрезная 133 — полубесконечная 145 — поперечная 413 —- фундаментная 44, 133, 199 Балльность строительной площадки 277 Банкетка ножа опускного колодца 351, 352 Башмак колонны 50 Берма 329, 337, 342 Бетонирование подводное 356 — фундаментов 307 Бетон легкий 39 —- монолитный 377, 387 — тяжелый 40, 116, 377 Битумизация грунта 11 Блок арматурный 46 — пустотелый 41, 353 — фундаментный 41, 271, 291 ---стеновой 49 Болт анкерный 50, 196 Бровка 243 Бурение скважины 416, 455 Бутобетон 43, 44 В Вакуум 424, 451 Вакуумирование грунтов 408 Вдавливание сван в грунт 206 Вероятность доверительная 19, 20 Верховодка 240 Вес воды удельный 10 Вес фундамента собственный 79 — грунта собственный 59, 65, 67 ---удельный 67, 76, 101 Взрыв глубинный 309 — подводный 309 Вибратор 325 — глубинный 298, 325 Вибрация 298 Вибровдалнванне сван в грунт 206 Виброизоляция 224 Виброкаток 298 Вибропогружатель 206 Вибропогружение 206 Вибротрамбовка 298 Виброудар 298 Виброуплотнение 13 Включения органические 264, 265 Влагоемкость полная 10, 253 Влажность грунта гигроскопическая 28 ---- конечная 247 ----на границе раскатывания 71, 234, 299 ----текучести 10, 71 ---- природная 70 ---- на пределе усадки 246 ---- начальная просадочная 230, 232 Влажность грунта оптимальная 299 ---- равновесная 248 — набухания 246, 247 — соответствующая полному водонасыщению 231, 232, 242 Влияние внешней среды 58 — деформаций основания 58 — фундаментов взаимное 64 Вложения капитальные 34 Вода атмосферная 58 — гравитационная 409 — грунтовая 96, 246, 331 — дренажная 331 — напорная 379 — поверхностная 23, 49, 243 — подземная 67, 415, 434 ---- агрессивная 44 — поровая 17, 107, 409 — свободная 241 Водонасыщение полное 67 Водонепроницаемость 221, 390 Водоотдача грунта гравитационная 439 Водоотлив 458 — открытый 33, 351, Водопонижение вакуумное 424, 429 — глубинное 377 — гравитационное 424 — иглофильтрами 416 ™ ярусное 433 Водоприемник вакуум-концентрический 429 — эжекторный 451 Водопроницаемость 380 Водосборник 416 — насосной станции 417 Водоупор 67, 429 Воздействия климатические 58, 67 — сейсмические 96 Волна сейсмическая 277, 289 Воронка обрушения 294 Время консолидации 254 Втрамбовывание 238, 264, 306 Выгиб основания 269 — сооружения 74 Вынос грунта суффозионный 424 — ступеней фундамента 112 — частиц грунта 416 Выпор грунта 95, 270, 307 Выпучивание 196 Выработка геологическая 185, 198 — горная 18, 27, 416 — подземная 406, 414 Высота фундамента 110 Высушивание грунта 416 Вытрамбовывание котлованов 234, 238, 239
472 Предметный указатель г — нескальный 9 Галерея дренажная 422, 424, 433 — — полупроходного сечения 421 Гибкость фундамента относительная 133 Гидровиброуплотнение 263, 265 Гидроизогипсы 434 Гидроизоляция битумная 356 — горизонтальная 49 — из пневмобетона 368 торкретбетона 368, 377 — литая асфальтовая 356 — металлическая 356, 377 — оклеенная 356 — обмазочная 49 — поверхностная 43 Гидроизопьезы 434 Гидромеханизация 369, 416, 458 Гндронамыв 108, 262 Гидроподмыв 351 Глина 67, 355, 301 — бентонитовая 407 Глубина вытрамбовывания 263 — забивки стенки 392 — заделки колони 54, 55 стены 379 — заложения фундамента 217, 239, 249 — замачивания 250 — колодца внутренняя 352 — котлована 237, 239 Глубина заложения фундамента 75 Глубина погружения колодца 352, 354, 355 сваи 274, 288, 289 — промерзания грунта нормативная 69, 71 расчетная 71 — просадочной толщи 240 — расположения уровня подземных вод 72 — сезонного промерзания грунтов 68, 69 нормативная 69 расчетная 71 — сжимаемой толщи основания 59 — уплотнения 237, 302 Голова сван 206, 220, 273 Гравий 238, 309, 421 Градиент напора 18, 19 Граница зоны усадки нижняя 249 — сжимаемой толщи 84, 256, 409 — уплотненной зоны 237 Грунт армированный 296 — биогенный 58, 59, 107 — вечномерзлый 13, 42, 222 — водонасыщенный 58, 96, 255 — водоупорный 377 — выветрелый скальный 407 — естественного сложения 234, 254, 304 —- закрепленный 235, 282 — засоленный 26, 58, 264 — засыпки 121, 270 — заторфованный 26, 96, 251 — зацементированный 408 Грунт искусственный 13 — крупнообломочный 10, 77, 277 — лессовый 12, 237, 307 — лессовый просадочный 198, 307, 310 — мерзлый 13, 282 — набухающий 42, 58, 245 — намывной 13, 251, 262 — насыпной 13, 230, 412 — ненарушенного сложения 10, 148, 270 — неоднородного сложения 69, 238 — непросадочный 199 — Несвязный 126, 148, 458 — несжимаемый 157, 269 —- однородный 238 — осушенный 416 — песчано-гравелистый 407 — песчаный 77, 85, 86 — полускальный 198, 410 — природной структуры 236, 237, 242 — просадочный 74, 230, 303 — пучинистый 58, 109 — пылевато-глинистый 58, 85, 107 — разуплотненный 307 — рыхлый 187, 307 — связной 458 — сильносжимаемый 253, 254, 256 — скальный 58, 96 — структурно-неустойчивый 49, 230, 285 Грунт талый 278 — уплотненный 235, 354, 413 — элювиальный 9 Группа предельных состояний 147, 218, 277 Д Давление активное 105, 390, 459 — боковое 269, 271 — вертикальное 233 — гидродинамическое 416 — гидростатическое 17, 390 •— горизонтальное 153, 246 — избыточное 401 в поровой воде 17 при ннъекцировании цементного раствора 400 — контактное 122, 295 — краевое 83, 236, 268 — набухания 28, 245, 246 — начальное просадочное 230, 231, 232 — нормальное 269 — оползневое 411 — от нагрузки фундамента 247 — от собственного веса грунта 247, 249 — пассивное 147, 288, 459 — покоя 148 — по подошве фундамента 84, 248, 256 — реактивное 126, 131, 134 — связности 149 — статическое под подошвой фундамента 217 — среднее по подошве фундамента 75 под подошвой фундамента 124, 253 Действие ввзешивающее воды 67, 98, 283 Детали закладные 221, 353, 412 Деформации горизонтальные 273, 288 Деформации грунта 265 прн сжатии 13 — изгиба 147, 280 — карстовые 293, 296 — набухания 246, 256 — основания 405, 411 предельные по технологическим требованиям 9 и трещи нестойкости конструкций сооружения 93 — пластические 14 — послойные 240 — просадочные 230, 234 — сжатия 270 — совместные основания и сооружения 249 — растяжения 270, 273 — сдвига 10, 280 — усадки 245, 249, 381 Диаметр фундамента 59, 88 Диафрагма жесткости 145, 411 Длина здания (сооружения) 58, 75, 94 — фундамента 63 Добавки гидрофобные 162 — пластифицирующие 162
Предметный указатель 473 Доувлажнение грунта 237 И Доуплотненне грунта просадочного 240, 241 Дрена вертикальная 254, 255 — песчаная 254, 255 Дренаж вертикальный 408 — галерейный 417, 420, 430 Дренаж двусторонний 254 — закрытый беструбчатый 417 — кольцевой 433, 453 — естественный 331 — односторонний 254 — пластовой 417 однослойный и двухслойный 421, 454 — пристенный 433 — систематический 430 — траншейный 417, 430, 454 — трубчатый 346, 417, 430 Дренирование 17, 255 Иглофильтр 429, 430, 433 — эжекторный 429 Изгиб 131, 270 Изыскания инженерно-геодезические 23 — инженерно-геологические 23, 25, 33, 74 ИЛ 58, 107, 256 Интенсивность набухания 246 Интервал доверительный 19 Инфильтрация 230, 246, 434 Инъектор 355 Инъекция 314 Испытание грунта компрессионное 15, 133, 256 на трехосное сжатие 17 на срез 29 прессиометром 29 статической нагрузкой 14 штампом 14, 95 Ж — свай динамическое 166 статическое 165 Железобетон монолитный 255, 387 — сборный 94, 387 Жесткость основания 219, 224, 279 — сван 274, 276, 279 — сооружения 234, 235 • пространственная 33, 68, 257 — фундамента изгибная 235 сдвиговая 235 Жидкость тиксотропная 352 Исследования гидрогеологические 26, 434 — геофизические 26 — грунтов лабораторные 27 полевые 27 К Кайма капиллярная 451 Камень 418 Карман выветривания 68 3 Каркас арматурный 158, 379, 415 Забивка свай 160, 265, 414 Завеса дренажная 408 — противофильтрационная 108, 240, 351 Заглубление фундамента 271. 272 Заглубление фундамента относительное 83 Задача плоская 332, 342 Заделка анкерная 394, 397, 400 — жесткая 274, 276 — шарнирная 274, 276 Закрепление грунта инъекционное 310 обжигом 234 силикатизацией 234, 310 смолизацией 310 химическое 108, 224, 281 цементацией 407 электрохимическое 108 Заложение фундаментов глубокое 58 мелкое 58 Замачивание грунтов 108, 230, 233 — основания 199, 289 — предварительное 234, 241, 309 Замена грунта 250 Замоноличивание соединений 353 Замораживание грунта 458 Засоление грунтов 108 Засыпка обратная 58, 92 — пазух 271 Затраты приведенные 34 Затухание осадки 289 Защита фундамента 411 Звено составной сваи 157, 158 Землетрясение 282 Зольность 29, 251 Зона набухания 248 — пластических деформаций 75 Зона уплотнения 299 — усадки 249 Зондирование грунта динамическое 10, 29, 185 статическое 165, 253, 288 Зумпфы 416 Карст карбонатный 293 — открытый 296 — соляной 293 — сульфатный 293 Карстоопасность 296 Карьер 260, 329, 377 Категория грунта 277, 278 Каток 301 Керамзитобетон 48 Кессон 351 Классификация грунтов 10, И Колебание свободное здания и сооружения 278, 279 фундамента 217, 220, 225 —• сейсмическое 277, 278, 292 — собственное зданий и сооружения 278 • — фундамента крутильное 221 Коллектор водоотводящий 417 — сифонный 424 Колодец водобойный 433 — опускной бетонный 352, 353, 354 железобетонный, сборный, сборно-монолитный 352—354 — смотровой 420 — шахтный 408 Колонна зданий и сооружений 50, 110, 265 — фильтровая 422, 423, 430 Кольматант 428 Кольматацня скважин 428 Комплекс мероприятий 243, 244 Консистенция 255 , 285 , 400 Консолидация основания 253, 254 Конструкция анкерная 378, 470 — несущая 59 — ограждающая 31, 164, 408 Контрфорсы 329 Копры 177, 206, 207 Котлован вытрамбованный 238, 263, 305 . , с уширенным основанием Z40, 242 — открытый 39 — пионерный 358 Крепления анкерные 458
474 Предметный указатель — подкосные 458 Кривая депрессионной поверхности 434 Коэффициент активного давления грунта 105, 152, 390 . — армирования 115, 119 — бокового давления грунта 67, 253, 400 —?вариации Ю — выветрелости 29 —демпфирования основания 219 — деформации 168, 169, 288 — жесткости 235,. 279, 280 — изменчивости сжимаемости основания 231 -—4 консолидации 58, 96, 255 — надежности по грунту 19, 75, 268 ---- по материалу 75 ----по нагрузке 67, 465 ----по назначению сооружений 96 — неравномерного сжатия 91, 122, 123 Коэффициенты несущей способности 96 — однородности грунта 400 — относительного демпфирования 219, 220 — пассивного давления грунта 105, 390, 401 — перегрузки 177, 217, 250 — податливости основания 280 k — пористости 67, 98, 249 — постели 125, 132, 153 — Пуассона 88, 183, 274 — пьезопроводности 443 — упругого равномерного сжатия 125, 219, 220 — размягчаемости в воде скального грунта 11 ~ рассеивания напряжений 61, 64 — реологический 235 — трения 293 —- трения бетона 292 —Тэйлора 257 =- уплотнения 264, 299, 301 — упругого равномерного сжатия 125, 219, 220 — упругой податливости 279 — уровнепроводности 261 — условий работы 96 — устойчивости фундамента 106 — фильтрации 422, 427 — формы подошвы 96 — цикличности 127, 130 Крен сооружения 59, 91, 244 — фундамента 88, 217, 232 Крепления подкосные 458 — распорные 458 Крепление стенок котлована 377 Кривая компрессионная 256 — консолидации 256 Кривизна 267 Кровля грунта 59, 232, 258 — слоя грунта 80, 165, 234 Круг Мора 17 Крутизна откоса 335, 346 Куст свай 180, 293, 329 Л Лесс 230 Линии скольжения 332, 398, 399 Лотки водоотводящие 424 М Марка глубинная 242, 254 Масса 116 Массив грунта 18, 39, 60 — грунтовый 337, 338, 339 Материал дренирующий 238, 243, 356 .— протнвофильтрационный 387 —- тампонажный 382 — фильтрующий 418 Материалоемкость фундаментов 29, 34 Машины землеройные 458 Мероприятия водозащитные 72, 108 Мероприятия конструктивные 58, 75, 108 — противокарстовые 296 — противооползневые 33 Метод вертикально перемещающейся трубы 162 — круглоцилиндрических поверхностей скольжения 118, — наименьших квадратов 20, 245 — послойного суммирования 83, 84, 409 — предельного равновесия 269, 331 — угловых точек 65, 84, 86 — упругой линии 390, 397 Миграция воды 69 Многоугольник веревочный 391, 392 — силовой 340, 391, 392 Модель основания расчетная 235 Модуль боковой деформации грунта 273 — деформации грунта 59, 84, 87 Модуль затухания колебаний 220 — сдвига 279 — упругости 121, 220, 288 Молот 206, 207, 209 Момент изгибающий 235, 271, 463 — инерции сечения 279, 289 — «обратный» НО, 113, 114 — сопротивления сечения 239 Монолит грунта 28, 306 Морозостойкость 39, 40, 41 Мощность слоя грунта 248, 397 Мульда оседания 296 — сдвижения 267 Н Наблюдения аэровизуальные 26 — маршрутные 26 — стационарные 26 Набухание грунта 245, 248, 249 — относительное 12, 28, 245 — свободное 245 Нагрузка 58, 67, 95 — вдавливающая 156, 255, 286 — вертикальная 82, 239, 351 --- равномерно распределенная 61 — ветровая 275 , 276 — вибрационная 148 — внецеитренная 79, 87, 90 --- наклонная 96, 99 — внешняя 59, 60 — временная 253, 260, 412 — выдергивающая 156, 276, 400 — горизонтальная 58, 240, 306 — динамическая 216, 222, 377 — моментная 126, 127, 292 — монтажная 258 — нормативная 68 — осевая 158, 187 — периодическая 225 — полосовая 62, 64, 149 — равномерно распределенная 62, 63, 235 — расчетная 69, 100 — сдвигающая 293 — сейсмическая 58, 161, 277 Нагрузка сжимающая 277, 286, 289 — статическая 216, 289, 290 — трения 272 — треугольная 62 — ударная 225 — фиктивная 391 — центральная 124 Наклон пластов грунта 267 — фундаментов 272
Предметный указатель 475 Намыв 262 Напластование грунтов 59, 81, 245 Напор гидравлический 354 — подземных вод избыточный 423 Напряжения в грунте природные 60 — вертикальные 233 — динамические 282 — касательные 15, 60, 282 — нормальные 15, 62, 282 — от собственного веса грунта 67, 80, 282 Насос скважинный 422, 427 — центробежный 424 Насыпь 108 — планировочная 243, 301, 303 — планомерно возведенная 262, 263. 264 — пригрузочная временная 253, 260 — фильтрующая 254 Натяжение анкера 403 Недобор грунта 237 Неоднородность грунтов основания 19, 88, 268 Неравномерность осадок 74 Неравномерность предельная деформаций основания 93 Нож колодца 352 О Обвалование 241 Обводнение грунтов 278 Обжатие грунта 270, 272, 274 Обжиг 11, 244 Обмотка труб проволочная 425, 427 Оболочка колодца 355 Оборудование буровое 159, 212 — грунтоуплотняющее 301 — для разработки траншей 383 — землеройное 379 — измерительное 245 — копровое 206, 207 — крановое 353 — навесное 305, 308 — насосное 455 — сваебойное 156, 214, 305 Образец грунта 18, 28, 245 Обрез фундамента 39, НО, 292 Обсыпка песчано-гравийная 423, 425, 457 — фильтрующая 421 Оголовок анкера 394, 395, 404 — водопонизительной скважины 422 — сваи 292, 293 Ограждение шпунтовое 147, 410, 458 Одометр 15 Омоноличивание стыков строительных конструкций 413 Опирание фундамента на грунт 284 Оползни 23, 377, 411 Опора анкерная 467, 468 — глубокая 296 — шарнирная 120 Опрокидывание фундамента 282 Осадка абсолютная 258 — во времени 252, 256 — дополнительная 261, 262, 411 — конечная 254 — основания 59, 79, 92 ----средняя 59, 74 — относительная суффозионная 29 — слоя 254 — фундамента 125, 221, 246 Основание винклеровское 235 — двухслойное 101, 105 — дренированное 254 ~ закарстованное 145 — заторфованиое 256 — зданий н сооружений 67 — естественное 31, 269, 414 — искусственное 31, 59, 298 — недренированиое 254 — - неоднородное 65 — несжимаемое 133 — однородное 60, 65, 84 — сжимаемое 59 — уплотненное 31, 236, 255 — упругое 131, 140, 141 Осушение грунта 13 Отбор грунта 416 Отбор образцов ненарушенного сложения 28 Отвал грунта 260, 264, 331 Отвод воды 416 Отказ 264 Отказомер 206 Откачка воды 416 Откачка подземных вод 416 Откос 96, 253, 330 — котлована 416, 45Э — насыпи 337 — плоский 333 — предельный 333, 335 — уступчатый 337 Отметка абсолютная 185, 198 — заложения 237, 242 — планировки 84 — подошвы фундамента 84 — планировочная 23, 185, 272 Отмостка 49 Отпор грунта 270 ---боковой 79, 83, 92 — реактивный 239, 240 Отрыв подошвы фундамента 126, 130, 284 ---— частичный 83, 284 Отстойник 424 Оттаивание грунта 272 Отсыпка грунта 108 Ось здания 272 Очерк гидролого-метеорологический 434 П Пазуха котлована и траншеи 43, 382, 411 Параметры подтливости анкеров 127 --- на вдавливание 127 ---на выдергивание 127 — фильтра 427 Перевязка швов 353 Перемещение абсолютное 58 — грунта 269 , 272 , 276 — относительное 58 — сваи 275 Перекос сооружения 244 Периметр колодца 355 Период свободных колебаний 278, 279 Перфорация труб 69 Песок гравелистый 11, 1-6, 70 — крупный 80, 258, 421 — мелкий 76, 264, 409 — пылеватый 77, 264, 409 — рыхлый 2, 278 — средней крупности 70, 258, 421 — структурный 230 Пирамида продавливания ПО, 111, ИЗ Планировка поверхности 302 — подсыпкой 84 — срезкой 84, 260 План топографический 23, 331 Пласт водоносный 449 Пластичность бетонной смеси 165
476 Предметный указатель Пластичность грунта 10, 11 Пласт крутопадающий 267 Плита анкерная 147, 467 — балочная 120 — лотковая 353 — кольцевая 133, 134 — круглая 133, --- оболочка 353 — опорная 149 — фундаментная 88, 121, 146 ---с угловыми вырезами 46, 75, 81 Плотность грунта 70 ---сухого 237, 298, 310 --- максимальная 300 — сложения грунта 11, 12 — частиц грунта 28 Площадь замачивания 247 Площадка строительная 353 Поверхность депрессионная 296, 340 — планировки 39, 68 — - сдвига 338, 340 — • скольжения 106, 118, 411 — упругого полупространства 132 Поворот фундамента 126, 278 Погружение сваи полное 156, 207 Податливость анкера 128, 130 Подвал 117, 271, 281 Подведение свай 413 Подготовка бетонная 55, 68, 224 — основания 263, 265 — песчаная 55 Подготовка промежуточная 56 — щебеночная 412 Подколонник 50, 51, 110 Подкосные крепления 418 Подмыв 209, 210 Подошва ростверка 33 — фундамента 59, 69, 98 Подработка территории 267, 271, 276 Подтопление 199, 416 Подушка бетонная 99 ~ грунтовая 234, 250, 301 — гравийная 264 — дренажная 356 — компенсирующая 250 — песчаная 99, 250, 265 — промежуточная 291—293 — фундаментная 258 —- щебеночная 259 Подъем основания при набухании грунта 246, 247 ---упругий 254 — уровня грунтовых вод 230, 234, 247 — фундамента 248, 249 Показатель жесткости 154 — текучести грунта 71, 81, 98 Покрытия фильтровые 427 Ползучесть 59 Поле свайное 177, 183, 275 Полость карстовая 293 Полупространство линейно-деформируемое 58, 86 — упругое 132, 133, 134 Понижение уровня подземных вод 416 Пористость грунта 10, 199 Потеря несущей способности основания 282 Потеря устойчивости грунта 98, 282, 338 ---фундамента 410 Поток фильтрационный 254, 338, 424, 430 Пояс анкерный 470 — арматурный 257 — железобетонный 257, 258 — фундаментный 270, 273 Предел прочности на одноосное сжатие 11, 17, 20 Прессиометр 14 Прибор лопастный 253 — 3-осного сжатия 292 Привязка высотная 58 Пригодность сооружения эксплуатационная 58’ Пригрузка временная 254 — опускного колодца 358 — откосов 329, 330 — фильтрующая 252, 254 Призма выпора 270 — обрушения 149, 335, 397 --- откоса 335 Прогиб фундамента 217, 221, 269 Проектирование вариантное 31, 253 Проект разработки котлована 31, 246, 255 Проектирование фундаментов 216, 218 Проем в стене колодца 352 Промерзание грунта 69, 70, 71 Просадка неравномерная 234, 244 — - равномерная 241 Просадочность 74, 231 Просадочность относительная 12, 199, 230 Прослойки льда 69 Противодавление гидростатическое 105 Прочность бетона 41 — грунта 15, 20 — конструкции 58 — фундамента на раскалывание Прочность элементов фундамента 217 Пульпа 369 Пучение морозное 72 Пьезопроводность 434, 439 Р Работа конструкций пространственная 58 Работы земляные 187, 342, 410 — планировочные 33 Радиус уплотненной зоны 239 Размеры модульные 50 Разработка грунта 370 — котлована 410 — траншеи 386, 389, 406 Разрез геологический 331, 342, 397 — инженерно-геологический 198, 236 — литологический 253 Разрыхление грунта 416 Раскрытие трещин предельное 46 Раствор глинистый 283—285, 355 — тампонажный 296, 389 — цементно-песчаный 400, 414 — цементный 395, 407, 411 Расчет на сдвиг по круглоцилиндрическим поверх- ностям 346 Расчет на сдвиг по подошве 292 — оснований по деформациям 58, 68, 73, 246 ------несущей способности 58, 79, 246 — свай 165 — технико-экономический 400 — фундамента на плоский сдвиг 104 ------продавливание НО, 112, 116 --- по прочности 82 Реакция опорная 269 Режим водно-тепловой 247 — сооружения тепловой 69 — фильтрации 434 Рельеф природный 84 Ростверк высокий 221, 273, 275 — жесткий 181 — ленточный 183 — монолитный 201 — низкий 221, 273, 276 — плитный 180
Предметный указатель 477 — сборный 200, 201 — составной 184 — стаканный 184 Рубашка тиксотропная 354, 353, 355 С Сапропель 13, 58, 252 Свалка 260 Самоуплотнение грунта насыпного 261 Свая анкерная 458, 468 — без острия 164 — бетонная 156 — булавовидная 164, 165 Свая буровая 351 — буроинъекционная 244, 414 — буронабивная 244, 265, 410, 413 — буронабивная с уширенной пятой 199 — буроопускная 156 — вдавливаемая 156, 413, 414 — виброштампованная 156 — винтовая 156, 400 — висячая 156, 217, 276 — гибкая 273 — грунтовая 240, '307 — деревянная 156, 164, 165 — железобетонная 156, 458 — забивная 250, 265, 400 / — завинчиваемая 156 — керамзитобетонная 164, 165 — керамзитовая 156 — колонна 157, 158, 223 — круглая 156, 187, 207 — Мега 414 — многоугольная 156 — набивная 162, 199, 285 ----в пробивных скважинах 156, 250 — оболочка 150, 250, 351 — одиночная 180, 181, 186 — пирамидальная 164 — призматическая 209, 286, 288 — прямоугольная 156 — пустотелая 156 — сборная 156 — составная 156, 157, 158 Свая стальная 156 — стойка 156, 217, 286 — с уширением 156 — трения 126 — эталонная 28, 166, 185 Свойства грунтов деформационные 10, 29, 132 ---- пластические 59 ---г просадочные 230, 231, 234 ----прочностные 10, 80, 278 ---- реологические 59 ----сейсмические 277, 278 — — физико-механические 68, 78, 253 ---- физические 10 — — фильтрационные 18, 296 — материалов 58 Сдвиг глубокий 150, 151 — плоский 96 — - по подошве стены 150 — фундамента глубокий 96 — — по подошве 282, 292 Сейсмичность площадки 278, 339, 340 Сейсмостойкость основания 277, 278, 281 — фундаментов 277, 281, 282 Сечение арматуры 113 Сжимаемость грунтов 14, 59, 237 Сила вдавливающая 177 —- вертикальная ПО, 152, 153 — горизонтальная 292 — нагружающего трения 236, 265 — нормальная 113, 286 ---к подошве фундамента 82, 113 Сила перерезывающая 286 — поперечная 119, 185, 287 — предельного сопротивления основания 96 — продавливающая ПО, 116 — сдвигающая 151, 410 — сейсмическая 271, 286 — трения грунта 123, 265, 351 ---по подошве фундамента 269 — удерживающая 151 — фиктивная 392 Силикатизация 10, 244, 407 Система водопонизительная 430, 433, 434 — — контурная 430 --- линейная 430 — дренажная 430, 439 — иглофильтровая 449 Скважина 240, 307, 407, 444 — бесфильтровая 425 — водопоглощающая 422, 424 ' — водопонизительная вакуумная 408, 422, 430 — -— открытая 422, 4Й0 — гидрогеологическая 295 — дренажная 309 — лидерная 209 — лидирующая 250 — лучевая 424 ... — наблюдательная 245, 4301 — самоизливающаяся 423, 424 Склон 298, 381 — оползневой 382 Склон оползнеопасный 411 — природный 342, 424 Скорость фильтрации 18 ’ Слой грунта буферный 240, 265, 307 --- водонепроницаемый 423 ---безнапорный ---водоупорный 67, 379, 424 ---дренирующий 241, 243, 254 ---линейно-деформируемый 58, 85 ---несжимаемый 66 ---несущий 69, 265 ---подстилающий 59, 69, 78 ---сжимаемый 134 ---сильносжимаемый 254 4 --- уплотненный 237 ---фильтрующий 254 Смесь бетонная 162, 210, 212 — песчано-гравийная 238, 309, 425 Смолизация 11 Сооружение пространстве.нно-жесткое 59 Сопротивление грунта основания 59, 290 ------расчетное 59, 77, 256 --- реактивное 92 — фильтров 439 Состав грунта гранулометрический 9, 10, 11, 28 ---минералогический 9, 10, 28 Состояние грунта нестабилизированное 96, 104, 254 —- основания напряженное 58 . --- предельное 58, 217 Сочетание нагрузок ПО, 127, 123 Способность грунта несущая 33, 69, 239 — основания несущая 68, 263, 415 — сваи несущая 33, 217, 415 Среда агрессивная 184 — линейно-деформируемая 60, 75, 87 Срезка грунта 329, 346 ' Сроки консолидации 254 Стабилизация просадки 199, 241, 242
478 Пред'метшй указатель Стакан фундамента 39, 49, 112 Станок буровой 402, 408, 424 Стена в грунте 257, 377, 411 — из сборного железобетона 380 — консольная 147, 380 — монолитная 379 — несущая 187, 199, 248 — с наклонной подошвой 147 — подвала гибкая 118 --- массивная 118 — поддерживающая 329 — подпорная гибкая незаанкереиная 147, 153 —— массивная 147, 150, 329 ---тонкостенная 147, 329 ---уголковая 149, 150, 151 — фундаментная 46, 117 Стенка грунтовая 354 — безанкерная 461, 463, 468 — двуханкерная 465 — тонкая заанкеренная 463 — - шпунтовая 69 Степень агрессивности подземных вод 397 Степень влажности грунта 67, 230, 307 — водопроницаемости 18 — замачивания 249 — засоленности 11, 12 — заторфованности 251, 256 — консолидации 254, 255 — плотности 237, 304 — пучинистости 69, 72 — разложения органических веществ 28, 251, 256 ~ растворимости в воде скального грунта 11 Структура грунта 9, 69 Стык горизонтальный 354 — петлевой 353 — сваи 157, 158 Суглинок 59, 234, 251, 407 Супесь 69, 179, 234, 301 Суспензия глинистая 377, 382 Схватывание бетонной смеси 162 Схема двухслойного основания 237 — основания расчетная 59, 91 — плоского сдвига 105, 342 — сооружения жесткая 77, 80, 268 --- гибкая 84 ---статическая 58, 68 Сцепление грунта удельное 69,95, 231 Тампонаж 385, 388, 390 Текстура грунта 9 Теория линейно-деформируемой среды 14 — упругости 132 — фильтрационной консолидации грунтов 256 Теплозащита грунта 72 Территория закарстованная 297 — подрабатываемая 59, 267, 269 Тип грунта 9 — грунтовых условий 234, 238, 309 Толща просадочная 28, 199, 231 — основания сжимаемая 81, 136, 222 Толщина слоя грунта 88, 234, 254 Торф 33, 58, 156, 251 Трамбование 13, 108, 298 Трамбовка 237, 298, 302 — тяжелая 234, 236, 304 Траншея 241, 292, 379 — компенсационная 269 Трение внутреннее в грунте 332 — нагружающее 236 — негативное в лессовых грунтах 199 Трещиностойкость конструкции 58, 93 Труба бетонолнтная 380, 388 — инъекционная 355 — тренажная асбестоцементная 418 ---- бетонная 418 ---- железобетонная 418 ---- керамическая 419 ---- чугунная 418 — обсадная 210, 286, 402 — пьезометрическая 422 Трубопровод 423, 433 — всасывающий 452 Трубопровод распределительный 452 У Увлажнение грунтов 247, 248, 413 Угол внутреннего трения 69, 231, 253 — сдвига 281, 340 Узел уплотнения 355 Укатка грунта 13, 298, 335 Укрепление основания 407, 410, 415 — откоса 332 Уплотнение взрывом 309, 310 — глубинное 298, 307, 237 — грунтов 34, 73, 416 ----искусственное 78, 335 ---- послойное 301 ----предварительным замачиванием 211 ----поверхностное 263, 298 Уровнепроводность 439 Уровень подземных вод 46 Усадка относительная 28, 249 Усиление фундаментов 160, 407, 411 Усилия растягивающие 270, 353 Условия гидрогеологические 73, 245, 268 — грунтовые 33, 68, 237, 433 — инженерно-геологические 29, 68, 297 Установка иглофильтровая 457 Устойчивость грунтов 258, 282, 354 — конструкции 58, 93 — на опрокидывание 292, 398 — основания 153, 168, 258 — откосов 253, 329, 410 — сооружения 399 Устойчивость стен 147, 378 Устройство водозаборное 428 — водомерное 422 — водоотводящее 434 — водопонизительное 430, 434 Уступ фундамента 44, 69, 281 Устье скважины 411 — тиксотропной рубашки 354 Уширение скважины 411 — фундамента опорное 123, 125, 126 Ф Фактор силовой 58 Фильтр каркасно-стер «Невой 425, 427 — кожуховый 425 — сквозной 422, 423 — трубчатый 425, 427 Фильтрация воды 10, 18, 407 Форшахта 354, 382, 387 Фундамент балочного типа 217 — безростверковый 156, №4 — бетонный 58 — буробетонный 56, 122, 126 — бутобетонный 58 — гибкий 44, 133 — глубокого заложения 39, 95, 351 — железобетонный 58 — жесткий 39, 132, 269 — из закрепленного грунта 311 — кольцевой 258
Предметный указатель 479 — круглый 183 — ленточный 29, 58, 96 Фундамент массивный 56, .121, 217 — машин 216—217, 222, 223 — мелкого заложения 39, 126 — монолитный 41, 44, 222 — наклоняющийся 272 — оборудования с динамическими нагрузками 216 — плитный 29, 56, 217 — податливый 271, 272 — под оборудование 160 — прерывистый 78, 80, 82 — рамный 217, 222, 228 — с анкерами 126, 127, 129 ’— сборно-монолитный 223 — сборный 41, 44, 223 — свайный 29, 33, 241, 259 ----с промежуточной подушкой 291, 292 — с наклонной подошвой 99, 100 — столбчатый 29, 58, 237 — с плоской подошвой 238, 306 — с уширенным основанием 238, 306 — условный 122, 177, 180 — фиктивный 86 — щелевой ленточный 56, 258 ---- пространственный X Характеристики грунта деформационные 28, 59, 249 ----прочностные 59, 89, 301 ----расчетные 340, 342 ---- физические 94 ----физико-механические 76, 77, 297 ? < ц Цементация грунта И, 407, 410 — фундамента 411 Цементогрунт 39, 40, 43 Ч Часть фундамента плитная 49—52, НО, 116 Число пластичности 230, 309, 385 Ш Шаг иглофильтров 451 — свай 198 — тяг анкерных 429 Шахта 330, 429 Шлам буровой 210, 212 Шов армированный 49, 257 — деформационный 238, 294, 377 — осадочный 258, 265, 281 — скольжения 269, 271 — температурно-усадочный 68 — температурный 52 — усадочный 223 Шпунт деревянный 147, 458 — из прокатного профиля 458 — железобетонный 147, 458 — металлический 147, 377, 458 Штамп 345 Шурф опытный'308 ТП Щебень 99, 238, 355 Щит деревянный 354 — металлический 354 — опалубочный 353 Э Эжекторы 425, 452 Экран водонепроницаемый 237, 238, Экранирование поверхности 230, 245, 247 Эксцентриситет нагрузки 184, 283, 284 — эпюры предельного давления 283, 285 Электроосмос 416 Эпюра активных сил 390 — давления 132, 148, 155 — деформаций 392 — контактных давлений 83 — моментов 155, 392 — пассивных снл 390 — предельного давления 283, 284 Эрлифт 212 Эффект экономический 34, 166 Я Ядро сечения 268
Михаил Иванович Горбунов-Посадов, Вячеслав Александрович Ильичев, Павел Александрович Коновалов, Владимир Иванович Крутов, Михаил Ильич Смородиной, Евгений Андреевич Сорочан, Борис Васильевич Бахолдин, Равиль Хусайнович Валеев, Альберт Валентинович Вронский, Ольга Ивановна Игнатова, Лев Геннадиевич Мариупольский, Борис Сергеевич Смолин, Александр Семенович Снарский, Анатолий Николаевич Тохин, Юрий Григорьевич Трофименков, Борис Сергеевич Федоров, Алексей Иванович Юшин, Виталий Кузьмич Демидов, Леонид Илиодорович Иванов, Владимир Михайлович Казанцев, Николай Константинович Коньков, Юрий Владимирович Лабзов, Евгений Федорович Лаш, Григорий Матусевич Лешин, Виктор Алексеевич Михальчук, Моисей Лазаревич Моргулис, Роальд Евгеньевич Ханин, Борис Николаевич Фомин, Анатолий Владимирович Шапиро Основания, фундаменты и подземные сооружения Редакция литературы по инженерному оборудованию Зав. редакцией И. В. Соболева Редактор Г. А. Лебедева Мл. редактор Н. И. Романова Технический редактор Н. В. Высотина Корректор Е. А. Степанова ИБ № 3161 Сдано в набор 22.05.85. Подписано в печать 20.09.85. Формат 70X108516- Бумага тип. № 1. Гарниту- ра «Литературная». Печать высокая. Усл. печ. л. 42. Усл. кр.-отт. 42. Уч.-изд, л. 55,81. Тираж 58 000 экз. (2-й завод 20 001—58 000 экз.). Изд. № АХ-9768. Заказ 213. Цена 3 р. 50 к. Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а Владимирская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР но делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7