«Г.Г. Болдырев М.В. Малышев МЕХАНИКА ГРУНТОВ. ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ (В ВОПРОСАХ И ОТВЕТАХ) Издание 4 е, переработанное и дополненное Пенза 2009 УДК 624.15.04(075.8) ББК 38.58я73 Б79 Рецензент – доктор технических наук, ...»

Длина свай выбирается в зависимости от грунтовых условий.

Нижние концы свай заглубляют в плотные грунты не менее чем на 1 м.

Ростверк чаще всего располагают ниже пола подвала. В пучинистых при промерзании грунтах ростверк закладывается ниже глубины промерзания. Оптимальные значения длины сваи и ее сечения определяются технико экономическим сопоставлением.

Ф.14.54. Как определить число свай в свайном фундаменте?

Число свай определяется путем деления величины нагрузки на свайный куст на несущую способность одиночной сваи, которая определяется как расчетная несущая способность сваи, деленная, в свою очередь, на коэффициент надежности по нагрузке k (обыч но k = 1,4), то есть уменьшенная в 1,4 раза. Для ростверка подбирается наиболее компактное очертание. Сваи размещаются рядами или в шахматном порядке. Шаг свай в кусте выбирается кратным 5 см. При расчете ленточного ростверка число свай n на 1 пог.м. длины может оказаться дробным. Тогда расстояние a, м, между сваями будет a=1/n.

Ф.14.55. Как устанавливается размещение свай в фундаменте, к которому прикладывается вертикальная сила с постоянным эксцентри ситетом?

Сваи располагаются на разном расстоянии исходя из того, чтобы на каждую из них приходилась практически одна и та же нагрузка. В этом случае оказывается возможным избежать крена ростверка.

Ф.14.56. Каким образом и по какой схеме рассчитываются осадки свайных фундаментов?

Свайные фундаменты передают усилия на основание через боковую поверхность и через свою подошву, ограничиваемую плоскостью, проведенной на уровне острия забивных свай. Осадка фундамента из свай стоек обычно не рассчитывается из за ее малости. Тело свайного фундамента образуют собственно сваи и заполняющие межсвайное пространство грунты. Свайный фундамент имеет подошву, большую, чем подошва ростверка, и к контуру свайного поля добавляется со взвешенное значение угла внутреннего трения грунта в пределах высоты фундамента, равной h. При подсчете нагрузки на уровне подошвы фундамента в нее включаются вес грунта и вес свай.

Поскольку при подсчете осадок расчет ведется на величину давления за вычетом природного, то практически вес фундамента на осадку почти не влияет, а осадка формируется за счет нагрузки, приходящейся на фундамент от сооружения. Так как величина сжимаемой толщи под свайным фундаментом получается существенно меньшей, чем под фундаментом мелкого заложения, при тех же нагрузках, то и осадка свайного фундамента также обычно получается меньшей, чем осадка фундамента мелкого заложения.

Рис.Ф.14.56. Схема для расчета осадки свайного фундамента Ф. 14.57. Что такое сваи РИТ?

Технология устройства свай с использованием разрядно импульс ных технологий (РИТ) была разработана в НИИОСП им. Н.М. Герсе ванова в 1993 году. Сваю устраивают в грунте следующим образом (рис.

Ф.14.57). После бурения скважины на заданную глубину на ее устье устанавливается кондуктор, и она заполняется бетонной смесью. После этого в скважину опускается штанга с электродной системой, которая подключена к разрядной станции, находящейся на поверхности грунта.

Далее на электрод подается серия высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает электрогидравлический эффект, в результате которого формируется тело сваи и уплотняется окружа ющий грунт. Свая приобретает камуфлетные уширения в месте создания электрических разрядов. Зная объем бетонной смеси, запол нившей камуфлетные уширения, определяют заданные параметры сечения сваи. После формирования ствола сваи РИТ в скважину, заполненную бетонной смесью, опускают арматурный каркас.

Рис.Ф.14.57. Технология устройства свай РИТ:

а – бурение лидерной скважины; б – заполнение скважины бетонной смесью; в – создание электрических разрядов;

г – установка арматурного каркаса:

1 – ствол сваи после обработки; 2 – штанга с электродной системой (излучатель энергии); 3 – разрядная станция;

4 – бетононасос; 5 – зона цементации грунта; 6 – зона уплотнения грунта Первоначальный диаметр скважины (150–300 мм) в результате обработки расчетной серией разрядов может быть увеличен более чем в 3 3,5 раза. Это зависит от энергии, подаваемой в скважину, количества разрядов и свойств грунта. Окружающие грунты уплотняются, снижа ются их пористость и водопроницаемость, повышается устойчивость в зоне воздействия ударного импульса. Возникающее в процессе подачи серии импульсов энергии динамическое воздействие за пределами зоны обработки незначительно и не оказывает негативного воздей ствия на усиливаемые конструкции и рядом стоящие здания.

Ф.14.58. В чем преимущество свай РИТ?

Сваи имеют высокую несущую способность и малую осадку. При диаметре сваи 250 мм и нагрузке 120 т осадка сваи не превышает 10 мм.

Кустовые сваи РИТ при диаметре бурения 150 300 мм эквивалентны буровым сваям диаметром 600 1200 мм.

В отличие от буровых свай между грунтом и сваей РИТ возникает надежный контакт, в результате для устройства свай РИТ высокой несу щей способности используются скважины небольших диаметров, сни жается объем разрабатываемого грунта и сокращается расход бетона.

Ф.14.59. Приведите примеры использования свай РИТ.

Сваи РИТ имеют многочисленные области применения. Они используются при устройстве свайных фундаментов высотных зданий, креплении стен котлованов, а также откосов грунта, усилении оснований фундаментов и др.

Рис.Ф.14.59. Примеры использования свай РИТ:

а – усиление оснований фундаментов; б – крепление стен котлованов и устройство фундаментов; в – армирование грунта Ф.14.60. Что такое армирование грунта?

Большинство глинистых водонасыщенных грунтов имеют относи тельно низкую прочность и высокую сжимаемость; поэтому они не способны выдерживать все виды усилий, действующих на основания в результате внешней нагрузки. Использование геосинтетических мате риалов – георешеток, геотекстильных полотен или геокомпозиционных материалов – позволяет уменьшить деформируемость и увеличить проч ность естественных грунтовых отложений. Геосинтетические материалы действуют как арматура, и в результате получается армированный грунт.

Георешетки используются при работе с инертными материалами, обладающими грубой гранулированной структурой и плохой когезией (песок и гравий), в то время как тканые геотекстильные или арми рующие геокомпозиционные материалы применяются в пылевато глинистых грунтах с хорошей когезией (глина, лесс).

Армирование грунта необходимо для повышения устойчивости основания насыпей, а также для значительного увеличения устой чивости подпорных стен. При этом по мере обратной засыпки грунта в него закладывают геосинтетические материалы (иногда и стальную арматуру), которые идут, например, от подпорной стены и выходят за пределы призмы обрушения (рис. Ф. 14,60,а,б).

Рис.Ф.14.60 (начало). Примеры армирования грунтов:

а – при устройстве искусственных насыпей;

б – при устройстве обратных засыпок подпорных стен В некоторых случаях для увеличения жесткости оснований и повышения несущей способности фундаментов грунт под подошвой фундаментов армируется арматурными стержнями или геотекстиль ным полотном (сеткой) (рис. Ф.14.60, в,г).

Рис.Ф.14.60 (окончание). Армирование грунта в основании фундаментов:

в –жесткие фундаменты; г – гибкие фундаменты Ф.14.61. Опишите технологию устройства свай в раскатанных скважинах.

В качестве инструмента для проходки скважин под коммуникации применяются раскатчики, а не буровой инструмент. Раскатчики не извлекают грунт из скважины, а уплотняют (раздвигают) его в ради альном направлении.

Раскатка скважин – это непрерывный процесс образования ци линдрически конической полости в грунте путем его вытеснения в сторону уплотнения, который осуществляется специальным навес ным снарядом — раскатчиком скважин (рис. Ф. 14.61,а,б). Грунт из скважины не извлекают, как при бурении, а раздвигают и уплотняют — «раскатывают» его в радиальном направлении. В результате отпадает необходимость в применении бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность; следовательно, не нужно дополнительное дорогостоящее оборудование для приготов ления бентонитового раствора и его подачи в забой.

Известные способы устройства свай в раскатанных скважинах показаны на рис.Ф.14.61,в,г,д,е. Во всех способах вначале образуется скважина раскаткой грунта, а затем выполняется устройство свай различным образом.

Рис.Ф.14.61 (начало). Раскатчики различной конструкции:

Рис.Ф.14.61 (окончание). Различные способы устройства свай в раскатанных скважинах:

в – раскатка скважины и заполнение ее бетоном; г – раскатка скважины, вдавливание щебня в уширение скважины и заполнение скважины бетоном с армированием; д – раскатка скважины и постепенное ее заполнение щебнем с раскаткой щебня на всю длину сваи; е – комбинированная свая, одна часть заполнена щебнем, другая – бетоном с армированием По сравнению с буровым инструментом раскатчик обеспечивает высокую несущую способность сваи, устроенной в раскатанной сква жине, за счет образования вокруг нее уплотненной зоны грунта, что позволяет исключить просадку грунта и значительно снизить осадки фундаментов на слабом основании. Опыт применения свай в раска танных скважинах для усиления слабых глинистых грунтов говорит об уменьшении их деформируемости в несколько раз. Модуль деформа ции увеличивается от 2 до 5 раз, в зависимости от вида естественных грунтов.

Известны различные конструкции раскатчиков скважин. Институ том горного дела СО РАН изобретен раскатчик, представляющий собой ряд установленных друг за другом на общем валу катков – ци линдров и конусов – и острия. Оси вращения катков смещены отно сительно оси вала, в результате чего образуется спиралевидная поверх ность. Катки посажены на вал с помощью подшипников. При передаче валу вращения и продольного усилия катки начинают обкатывать и вдавливать в стенку скважины грунт и таким образом формировать ее.

Данная конструкция модифицирована НИИОСП «ЦНИИОМТ»

и ООО «Основание» г. Липецка. Модификация заключалась в упро щении конструкций раскатчика СО РАН при сохранении его внешней формы. В результате модификации катки перестали вращаться, что значительно упростило конструкцию и повысило надежность рас катчика.

Проведенный ООО «Основание» анализ экономической эффектив ности применения свай в раскатанных скважинах для устройства системы «основание—фундамент» по сравнению с базовыми вари антами оснований из забивных призматических и буронабивных свай показал, что устройство НРС позволило снизить расход бетона в среднем в 1,2—2,7 раза, арматурной стали в 2,1—4,5 раза, сократить сроки устройства оснований и фундаментов в 1,8 7,2 раза.

Ф.14.62. Опишите последовательность устройства конструкций в грунте с использованием струйной технологии.

Струйная технология, известная за рубежом как «Jet grouting metod», заключается в следующем. осуществляется проходка скважины диаметром 100–130 мм, затем в нее погружается полая штанга, в нижней части которой находится струйный монитор, имеющий на боковой поверхности водяные сопла. К монитору по гибкому шлангу подается под давлением до 500 атм жидкость в виде цементного раствора. Далее штанга с вращением и одновременной подачей струи цементного раствора постепенно поднимается к поверхности грунта. В результате образуется грунтобетонная колонна диаметром от 60 до 200 см из грунта, смешанного с цементным раствором. При необхо димости в тело грунтобетонной колонны опускается арматурный каркас.

Ф.14.62 (начало). Последовательность применения струйной а – проходка скважины; б – подъем с вращением монитора;

в – перемешивание грунта и цементного раствора с образованием грунтобетонной колонны; г – устройство грунтобетонной стены В ЗАО «ИнжПроектСтрой» устройство свай из грунтобетона вы полняют в два этапа – в процессе прямого и обратного хода буровой колонны.

Во время прямого хода производят бурение лидерной скважины до проектной отметки. Буровой раствор поступает через открытый прямой клапан в буровой наконечник для удаления шлама в процессе бурения. В качестве бурового раствора используется вода, бентони товый или цементный раствор.

В процессе обратного хода в сопла монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны, подают под высоким давлением цементный раствор и начинают подъем колонны с одновременным ее вращением.

Технология производства работ показана на рис. Ф.14.62,д. Пример использования струйной технологии при устройстве стены в грунте показана на рис. Ф.14.62,е.

Ф.14.62 (окончание). Технология устройства грунтобетонных свай предприятия ЗАО «ИнжПроектСтрой»

(www.mvea.ru/cement.htm):

д – технология производства работ:

1 – бурение лидерной скважины; 2 – устройство сваи;

е – использование струйной технологии при устройстве Преимуществами струйной технологии являются высокая скорость работ за счет малого диаметра бурения скважин, возможность произ водства работ в стесненных условиях подвалов зданий, отсутствие динамических воздействий, возможность прорезки существующих конструкций фундаментов при высоконапорном давлении струи при добавке в струю абразивного материала.

С помощью струйной технологии возможно решение следующих задач: устройство подпорных стен и ограждений котлованов, усиление всех типов фундаментов, устройство противофильтрационных завес и экранов, армирование слабых грунтов, закрепление грунтов при проходке тоннелей и строительстве автодорог, укрепление откосов и склонов, закрепление грунтов в основании проектируемых фундамен тов с целью повышения прочностных и деформационных характерис тик, устройство грунтобетонных свай и др.

Ф.14.63. Что такое геокомпозит?

Этот метод используется для повышения несущей способности слабых грунтов. Он основан на управляемом инъектировании рас чётных объёмов твердеющих растворов по специально рассчитанной объёмно планировочной схеме. В радиусе 1,5–2,0 м от инъектора раствор заполняет трещины и пустоты, давлением уплотняет рыхлый грунт, действуя как внутримассивный домкрат, и формирует в про цессе твердения жёсткий армирующий каркас с включением цемент ного камня. Усиленный таким образом грунтовый массив является принципиально новым техногенным образованием – геотехногенным композитом или «геокомпозитом», обладающим высокой степенью жёсткости и хаотичной структурой, напоминающей корни дерева.

Метод «Геокомпозит» можно использовать для любых сжимаемых дисперсных грунтов как естественного, так и геотехногенного (насып ные грунты, строительный мусор и культурные отложения) происхож дения, а также в заторфованных грунтах и илах.

Применение метода «Геокомпозит» возможно для любых типов фундаментов: плитных, ленточных, столбчатых, свайных (при необхо димости повышения несущей способности сваи).

Рис.Ф.14.63. Армирование грунта по технологии «Геокомпозит» (http://geomassiv.ru/index.html):

а – установка для армирования грунта:

1 – инъектор, 2 – соединительный шланг; 3 – насос для нагнетания раствора; 4 – емкость для раствора; 5 – слабый грунт; 6 – элементарная ячейка композита; 7 – горизонтальный защитный экран; 8 – пакер;

б – формирование структуры усиленного грунтового массива:

1 – бетонная стяжка; 2 – пакер; 3 – муфта; 4 – инъектор;

5 – сопло инъектора; 6 – намечаемое место инъекции;

7 – вектор силового воздействия на грунт Ф.14.64. Как устраиваются сваи с помощью пневмопробойника?

Пневмопробойник представляет собой конструкцию, состоящую из корпуса, внутри которого находится ударный механизм, ударник кото рого приводится в действие сжатым воздухом от компрессора. Под действием этого механизма цлиндрическое тело пробойника пере мещается в грунте. Ударный механизм снабжен реверсивным устрой ством. После погружения пневмопробойника на заданную глубину на правление подачи сжатого воздуха изменяется, и устройство извле кается из грунта.

Технология формирования набивных свай следующая. Первона чально пневмопробойником до проектной отметки проходится сква жина, пневмопробойник извлекается из грунта, и скважина заполняется полусухой бетонной смесью. Затем пробопробойник опускается в сква жину, заполненную бетонной смесью, и повторно проходят ее до про ектной отметки, вдавливая в стенки скважины бетонную смесь. Пнев мопробойник извлекают из грунта и скважину заполняют литым бето ном. При необходимости в литой бетон погружается арматурный каркас.

Рис.Ф.14.64. Технология формирования набивных свай пневмопробойником:

1 – пневмопробойник; 2 – полусухая бетонная смесь;

3 – литая бетонная смесь; 4 – уплотненный слой грунта Начальный диаметр скважины 95–152 мм, после заполнения и уплотнения бетона диаметр скважины увеличивается до проектной величины.

Ф.14.65. Что такое шпальный распределитель?

Шпальным распределителем называется конструкция, состоящая из горизонтальных стержней (шпал), на которые опирается кон струкция фундамента.

Способ устройства оснований фундаментов сооружений с горизон тальным армированием сборными железобетонными элементами включает разработку котлована, устройство горизонтально располо женных жестких протяженных стержней – шпал.

После разработки котлована на проектную глубину и его плани ровки дно котлована выравнивают и производят отсыпку из песка или щебня подстилающего слоя расчетной толщины, но не менее 0,05 метра, с последующим его выравниванием и уплотнением.

На подстилающий слой укладывают шпалы, формируя таким образом шпальный распределитель в сжимаемой зоне основания фундаментов; при этом их монтаж осуществляют торцами встык друг другу таким образом, чтобы суммарная длина каждой из шпал превышала расстояние между внешними контурами подошвы крайних фундаментов строящегося сооружения.

Рис. Ф.14.65. Конструкция шпального распределителя в основаниях ленточных фундаментов:

а – из сборных железобетонных шпал;

б – из монолитных железобетонных шпал:

1 – фундамент; 2 – буферный слой; 3 – шпала Шпалы укладывают параллельно друг другу так, чтобы площадь шпального распределителя полностью перекрывала площадь фунда ментов строящегося сооружения. Затем выполняют засыпку песком междушпального пространства, а поверх уложенных шпал до отметки заложения подошвы фундаментов строящегося сооружения отсыпают буферный слой из песка, щебня из твердых горных пород или щебня из шлаков черной металлургии. Толщина буферного слоя не должна быть меньше 1/3 ширины или диаметра поперечного сечения шпалы, а максимальная крупность частиц щебня не должна превышать 1/5 ши рины или диаметра поперечного сечения шпалы.

Разработку котлована производят на проектную глубину, равную сумме глубины заложения подошвы фундамента будущего сооружения, толщины буферного слоя, высоты сечения или диаметра шпалы, толщины подстилающего слоя.

Этот метод также используется для усиления существующих фунда ментов. В этом случае вдоль длинной стороны здания отрывается траншея и из нее с определенным шагом выполняется задавливание стальных труб поперек здания на всю его ширину. Затем трубы заполняются бетоном.

Ф.14.66. Что такое сваи вдавливания?

Вдавливание свай может осуществляться в тех же грунтовых усло виях, в которых выполняют их погружение другими способами (удар ным, вибрационным и др.). Предпочтение вдавливанию, по сравнению с другими способами, следует отдавать при необходимости устройства свай вблизи существующих зданий, сооружений и коммуникаций.

Вдавливание призматических железобетонных свай выполняется специальными сваевдавливающими машинами, которые выпускаются различными фирмами. На рис.Ф.14.66 показан общий вид двух конструкций подобных машин.

Рис.Ф.14.66. Сваевдавливающие установки:

а – СО 450 (http://mashbud.com);

б – СВУ В 6 (http://www.stroy cement.ru) Испытания свай сечением 30х30 см после вдавливания статической нагрузкой, выполненные в различных грунтовых условиях при ко нечных усилиях вдавливания от 400 до 800 кН, показывают несущую способность свай от 400 до 1200 кН.

При вдавливании свай в плотные грунты (или при прохождении прослоек таких грунтов) рекомендуется применять различные способы снижения сопротивления погружению (например, устройство лидер ных скважин). При их назначении необходимо учитывать такие факторы, как возможное снижение несущей способности погружаемых свай, а также негативное влияние этих мероприятий на состояние и обеспечение надежности существующих фундаментов соседних зданий и сооружений, в том числе подземных.

Ф.15. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ

ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ

Ф.15.1. Какие типы грунтов обычно относят к региональным?

К региональным относят грунты, обладающие специфичными свойствами, характерными для разных регионов. К ним относятся вечномерзлые грунты, лессовидные просадочные грунты, набухающие при замачивании грунты, засоленные грунты и некоторые другие.

Ф.15.2. На какие группы можно подразделить способы преобра зования строительных свойств грунтов?

Эти способы можно подразделить на:

1) конструктивные, которые хотя и не улучшают самих свойств грун тов, но улучшают их работу в основаниях за счет изменения напря женного состояния и более благоприятных условий деформирования;

2) уплотнение грунтов;

3) закрепление грунтов, улучшающее их прочностные свойства.

Ф.15.3. Что представляет собой грунтовая подушка и для чего она делается?

Грунтовая подушка представляет собой искусственно укладыва емый слой хорошего грунта, который заменяет слабый вынимаемый грунт. Грунтовая подушка обычно делается из крупнообломочных грунтов, крупных или средней крупности песчаных грунтов. Обычная толщина песчаной подушки 1 3 м. Не следует путать песчаную по душку с песчаной подготовкой. Толщина подготовки обычно не пре вышает 0,2 м. Грунтовая подушка более равномерно распределяет давление, передаваемое на нижний более слабый грунт; кроме того, она выполняется из непучинистого при промерзании грунта.

Ф.15.4. Как установить минимальную толщину грунтовой подушки?

Грунтовую подушку делают шире подошвы фундамента. Грунт, укладываемый в ее тело, уплотняется трамбованием или укаткой для увеличения прочности и уменьшения его сжимаемости.

Толщина ее должна быть больше, чем 1/4 ширины подошвы фун дамента, и, следовательно, расчетное сопротивление под подошвой фундамента принимается исходя из ее материала. Расчет толщины подушки ведется из условия, что расчетное сопротивление слабого грунта, на котором устроена подушка, не больше, чем условно рас ширенный фундамент, за счет включения в него центральной части грунтовой подушки.

Рис.Ф.15.4. Грунтовая подушка:

а – при малой толщине слабого грунта;

б – при большой толщине слабого грунта (схема справа от оси):

1 – фундамент; 2 – подушка из малосжимаемого грунта – песка, щебня и др.; 3 – прочный грунт; 4 – слабый грунт Ф.15.5. Как производится расчет осадки фундамента, опирающегося на грунтовую подушку?

Расчет осадки производится обычным путем по методу послойного суммирования; причем верхним слоем сжимаемой толщи грунта служит грунтовая подушка. Модуль деформации для нее может быть принят по прил.Г к СП [21].

Ф.15.6. Каким образом следует изменять ширину подошвы фун дамента, если устраивается грунтовая подушка?

Расчет ведется в соответствии с п.2.48 СНиП [22]. Имея размеры в плане подошвы фундамента b и зная коэффициент пористости e ее материала, а также нагрузку на этот фундамент, вызывающую осадку p0 = p zg,0, определяем zp по глубине. После этого из условия zp+zgRz находим необходимую толщину песчаной подушки.

Уменьшить эту толщину можно, увеличив ширину подошвы фунда мента b и повторив расчет. Окончательный результат целесообразно получить из технико экономического сопоставления двух вариантов:

1) более узкий фундамент и подушка большей толщины;

2) более широкий фундамент при меньшей толщине подушки.

Ф.15.7. Каким образом производится усиление основания с помощью шпунтового ограждения?

Шпунтовой стенкой, устраиваемой по периметру сооружения, как бы отрезается основная часть массива основания, находящаяся непо средственно под сооружением, от остальной части за пределами соору жения. Если шпунт врезается в водоупор, то он служит фильтраци онной преградой и позволяет осуществить понижение уровня грун товой воды под сооружением. Кроме того, он предотвращает выпи рание грунта в сторону из под сооружения, увеличивая тем самым несущую способность, а также препятствует передаче динамических усилий извне к сооружению или наоборот. Применение шпунтового ограждения ведет к уменьшению осадок. Шпунтовая стенка является обычно дорогим устройством сложным и являются устройство замков и соединение шпунтин для осуществления замкнутого контура.

Ф.15.8. В чем заключается армирование грунта и когда его можно считать эффективным?

В грунт вводятся обычно горизонтальные, достаточно прочные ар мирующие элементы, чаще всего из геотекстиля, имеющие шерохо ватую поверхность (см.рис.Ф.13.1,л). Обычно арматуру применяют в искусственных насыпях. Можно ее использовать и в грунтовых по душках, в засыпках за подпорными стенами. Армирование поверх ности откосов можно осуществить посевом трав с мощной корневой системой.

Ф.15.9. Какими методами производится поверхностное уплотнение грунтов?

Поверхностное уплотнение производится на небольшую глубину с помощью укатки, легкого трамбования, вибрационного воздействия и применяется в основном при устройстве насыпей.

Ф.15.10. Какая влажность называется оптимальной?

Оптимальной влажностью глинистых грунтов называется такая их влажность, для которой при минимальной затрате энергии получается наибольшее уплотнение, то есть, например, при минимальном коли честве проходок катка достигается наибольшая плотность грунта. Оп тимальная влажность обычно на 1 3 % превышает влажность на грани це раскатывания Wp. Чтобы достичь в грунте оптимальной влажности, его либо просушивают, чтобы уменьшить естественную влажность, либо доувлажняют, чтобы ее повысить.

Ф.15.11. Какими механизмами производится уплотнение укаткой?

Укатка осуществляется катками гладкими, кулачковыми или на пневмоходу. Катки бывают самоходные или прицепные. Возможно производить укатку также автомашинами или тракторами. Могут применяться и виброкатки. Уплотнение достигается многократной ( 12 раз) проходкой механизмов для грунта, обладающего оптимальной влажностью. Уплотнение ведется до "отказа", то есть когда дальнейшие проходки уже оказываются малоэффективными. Обычно глубина уплотнения катками не превышает 0,7 м.

Ф.15.12. Для каких грунтов эффективно уплотнение грунтов трамбо ванием?

Трамбование грунтов осуществляется обычными или тяжелыми трамбовками, а также вибротрамбовками. Трамбовки отличаются высотой падения (5 10 м) и весом (25 150 кН). Применяются также и сверхтяжелые (весом до 400 кН) трамбовки, сбрасываемые с высоты до 40 м. Обычно намечается опытное уплотнение грунтов. При уплот нении грунтов трамбованием следует обеспечить целостность со оружений, расположенных вблизи от уплотняемой площадки. Уплот нение полностью водонасыщенных грунтов менее эффективно, чем при Sr100 МПа, разрушаются хрупко. Пластично мерзлые грунты имеют более высокую температуру, сжимаются больше, чем твердомерзлые, обладают вязкими свойствами.

Сыпучемерзлые крупнообломочные и песчаные грунты, частицы не сцементированы льдом, и их свойства под влиянием понижения температуры практически не изменяются.

Ф.18.6. От чего главным образом зависит сопротивление сдвигу мерзлых грунтов?

Сопротивление сдвигу мерзлых грунтов, так же, как и грунтов талых, зависит от их вида, состояния, нагрузки и времени ее воздей ствия, а также температуры.

Сопротивление сдвигу формируется в основании за счет сцепле ния, которое уменьшается при длительном действии нагрузки. При от таивании мерзлых грунтов их сопротивление сдвигу резко снижается.

Ф.18.7. Как влияет оттаивание мерзлых грунтов на их сжимаемость?

Сжимаемость мерзлых грунтов зависит от температуры, влажности и времени действия нагрузки (рис.Ф.18.7). При близкой к нулевой температуре мерзлые грунты могут сильно сжиматься. Сжимаемость оттаивающих грунтов может значительно превышать их сжимаемость в мерзлом со стоянии. При оттаивании льда в мерзлом грунте про исходит его просадка. Осадка бывшего мерзлым грунта после его оттаивания скла дывается из осадки за счет оттаивания в нем льда и уплотнения скелета за счет Рис.Ф.18.7. График изменения этого, а также из осадки за счет дальнейшего уплотне ния грунта уже в оттаявшем 1 – сжатие в мерзлом состоянии;

состоянии.

Осадка оттаивания не за давлении pотт; 3 – сжатие в висит от нагрузки, а осадка дальнейшего уплотнения про порциональна нагрузке.

Ф.18.8. Какие существуют два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований и чем они различаются?

Имеются два принципа строительства на вечномерзлых грунтах: I грунты основания используются в мерзлом состоянии, которое сохраняется в течение строительства и эксплуатации здания или сооружения, и II когда в грунтах основания допускается оттаивание предварительное в период строительства и эксплуатации зданий или сооружений. Использование I принципа предпочтительнее.

Ф.18.9. Когда рекомендуется использование I принципа строительства в условиях вечной мерзлоты?

Этот принцип рекомендуется, когда грунты находятся в твер домерзлом состоянии и оно может быть сохранено. Для пластич но мерзлых грунтов обычно следует предусматривать дополнительное охлаждение основания.

Ф.18.10. Когда применяется II принцип строительства на вечно мерзлых грунтах?

Второй принцип применяется при неглубоком залегании скальных грунтов, а также при наличии малосжимаемых при и после оттаивания грунтов. Величины осадок на оттаявших или оттаивающих грунтах рассчитываются с учетом фактора оттаивания, процесс которого про исходит во времени.

Ф.18.11. Можно ли рекомендовать использование двух принципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований на одной застраиваемой территории?

Нет, в пределах одной территории следует рекомендовать исполь зовать только один принцип.

Ф.18.12. Какие мероприятия применяются для грунтов при строи тельстве на них по I принципу?

При строительстве на вечномерзлых грунтах, используемых по I принципу, чтобы сохранить в них мерзлое состояние, можно:

возводить здание на подсыпках, устраиваемых их песков, крупно обломочных грунтов, шлаков; устраивать вентилируемые принуди тельно или открываемые на зиму и закрываемые на лето подполья;

устраивать в зданиях неотапливаемые первые этажи; устраивать подсыпки с охлаждающими трубами, по которым в зимнее время циркулирует холодный воздух; устраивать промораживающие осно вание колонки.

Ф.18.13. В каких грунтах и как устраивается предпостроечное от таивание при строительстве по II принципу?

Оно наиболее предпочтительно в крупнообломочных грунтах, обладающих большим коэффициентом фильтрации. При оттаивании для ускорения может применяться парооттаивание с помощью игл, а также водооттаивание. Льдистые грунты можно заменить талыми песчаными или крупнообломочными грунтами. Возможно полное или частичное оттаивание грунтов в процессе эксплуатации сооружений.

При этом следует учесть возможность больших дополнительных осадок и просадок грунтов. Оттаивание происходит обычно неравномерно под зданием под краями оно запаздывает по сравнению с оттаиванием в середине. Оттаивание Должны производиться теплотехнические расчеты оттаивания.

При использовании II принципа должны предусматриваться кон структивные мероприятия по уменьшению чувствительности зданий к неравномерным осадкам, по увеличению жесткости и монолитности фундаментов с применением для них плит и перекрестных лент.

При использовании II принципа, для того чтобы приспособить конструкции к значительным и неравномерным осадкам, применяют либо гибкую статически определимую схему для здания, когда в нем при неравномерных осадках не будет возникать дополнительных усилий, либо разрезку здания на короткие жесткие блоки, дефор мирующиеся раздельно.

Ф.18.14. Влияет ли принцип использования вечномерзлых грунтов на глубину заложения фундаментов?

При наличии пучинистых грунтов учитывается возможность пучения при их промерзании. Фундаменты всех типов заглубляются в вечномерзлые грунты не менее чем на 1 м, а свайные не менее чем на 2 м. При строительстве по II принципу глубина заложения устанав ливается с учетом глубины сезонного промерзания.

Ф.18.15. По какому предельному состоянию рассчитываются осно вания, проектируемые по I принципу?

При твердомерзлых грунтах расчет ведется по первому предельному состоянию по несущей способности, а при пластично мерзлых по первому и второму предельным состояниям.

При расчетах по несущей способности учитывается смерзание фундамента с вечномерзлым грунтом по его боковой поверхности.

Ф.18.16. По какому предельному состоянию рассчитываются фун даменты на основаниях, проектируемых по II принципу?

Фундаменты в этом случае рассчитываются по второму предель ному состоянию по осадкам. Наиболее сложным является расчет, когда оттаивание происходит в процессе эксплуатации. Под зданием имеется "чаша" оттаивания, и глубины зоны оттаивания неодинаковы по краям и в середине здания.

Ф.18.17. Возможно ли возникновение сил отрицательного трения, действующего на фундаменты при оттаивании грунтов основания?

Да, возможно, так как при оттаивании грунты могут существенно уплотняться под действием их собственного веса.

Ф.18.18. Следует ли проверять действие сил морозного пучения на недостроенные сооружения?

Да следует, поскольку нагрузка от недостроенных сооружений может быть недостаточной, чтобы противодействовать силам морозного пучения.

Ф.18.19. С чем связано морозное пучение грунта?

Пучение это увеличение объема водонасыщенного грунта при его промерзании, связанное с тем, что вода, замерзая, увеличивается в объеме. При замерзании к фронту промерзания подтягивается вода из нижнего слоя; поэтому влажность у фронта промерзания становится больше, чем если бы имеющаяся в нем вода мгновенно замерзала. Под тягивание воды снизу зависит от коэффициента фильтрации; поэтому чем больше коэффициент фильтрации, тем легче происходит доувлажнение грунта. Из за этого пылеватый песок и супесь более пучинисты, чем суглинок и тем более глина.

Ф.18.20. Какие два вида дополнительных усилий действуют на фундаменты при промерзании грунта рядом с ними?

Если происходит промерзание грунта, то он примерзает также и к боковой поверхности фундамента; поэтому, увеличиваясь сам в объеме, стремится вытолкнуть фундамент кверху. На фундамент в этом случае действуют касательные силы морозного пучения (рис.Ф.18.20).

Рис.Ф.18.20. Проявление сил морозного пучения грунта:

а – слой промерзания заканчивается выше подошвы фундамента;

б – грунт промерзает ниже подошвы фундамента:

1 – дневная поверхность DL; 2 – фундамент; 3 – направление перемещения влаги к фронту промерзания;

F1 – касательные силы морозного пучения; F2 – нормальное давление морозного пучения; T – температура, °C Если фронт промерзания опускается ниже подошвы фундамента, то начинает увеличиваться в объеме грунт под фундаментом; и за счет этих сил, именуемых нормальными силами морозного пучения, проис ходит выталкивание фундамента. Нормальные силы морозного пуче ния больше, чем касательные, и они более опасны. Поэтому закладывать фундаменты и рекомендуется ниже глубины промерзания.

Процесс "выталкивания" фундамента вследствие промерзания грунта необратимый, после оттаивания опускание меньше, чем подъем.

Ф.18.21. Какой тип фундаментов рекомендуется при строительстве по I принципу?

Наибольшее распространение получили свайные фундаменты. На насыпях и подсыпках применяются столбчатые фундаменты. Глубина заделки свай в вечномерзлые грунты должна быть не менее 2 м.

Ф.18.22. Как устраиваются свайные фундаменты в вечномерзлых грунтах?

Вечномерзлые грунты обладают большой прочностью; поэтому устройство забивных свай возможно только в пластично мерзлых грунтах. Применяются следующие виды устройства свай:

1) бурозабивные забиваются в предварительно пробуренные лидерные скважины, имеющие поперечное сечение, чуть меньшее, чем у свай;

2) буроопускные поперечное сечение у скважины больше, чем у сваи. В этом случае скважину выбуривают, а затем заполняют грун товым раствором и опускают в нее сваю. Она вмораживается в грунт;

3) опускные сваи сначала оттаивают грунт паровой иглой, спускают сваю, затем она вмерзает в грунт.

В пластично мерзлых грунтах лидерная скважина может выбури ваться, а может осуществляться ее проходка виброопусканием трубы, служащей для извлечения грунта.

Далее устраивается ростверк часто высокий, тогда получается теплоизоляция за счет воздуха. Могут устраиваться сваи колонны.

Ф.18.23. Каким образом можно уменьшить влияние сил морозного пучения?

Осушение грунтов с помощью дренажа, отвод поверхностных вод, утепление грунтов около фундамента. Покрытие боковой поверхности фундаментов незамерзающими обмазками, применение обсыпок из слабопучинистых грунтов.

Ф.18.24. В чем особенности строительства сооружений на лессовых просадочных грунтах?

Особенность заключается в том, что при их обводнении возникают большие, часто неравномерные деформации просадки, достигающие 1 м и – иногда – более. Просадки возникают при увлажнении зама чивании грунтов при одновременном действии нагрузки от сооружений и собственного веса грунтов.

Ф.18.25. Какие условия необходимы для возникновения просадок?

Для возникновения просадок необходимы дополнительное увлаж нение просадочных грунтов и одновременно механическое уплот няющее воздействие в виде нагрузки от сооружения, от собственного веса грунта или динамического воздействия. Увеличение осадки возникает при замачивании водами, фильтрующимися с поверхности, а также при подъеме уровня подземных вод или вследствие нарушений в водонесущих коммуникациях.

Рис.Ф.18.25. График зависимости коэффициента пористости e от давления p для лессового просадочного грунта:

1 – при естественной влажности; 2 – просадка вследствие замачивания водой при давлении pзам; 3 – доуплотнение просевшего грунта Ф.18.26. Какая влажность называется начальной просадочной и что именуется показателем просадочности?

Обычно лессовые просадочные грунты в естественных условиях обладают большой пористостью и малой влажностью. Структурные связи в этих грунтах легко растворяются в воде. Просадочность про является при дополнительном увлажнении, но начиная с определенной величины влажности, именуемой начальной просадочной. До достижения влажностью этой величины просадки практически не проявляются.

Просадочность оценивается показателем просадочности, представ ляющим собой линейную функцию разности коэффициентов пори стости грунта на границе текучести и при природном сложении.

Просадочными называются грунты, у которых показатель про садочности меньше установленного нормами. Этот показатель яв ляется номенклатурной величиной, и чем он меньше, тем больше грунт склонен к просадочности.

Ф.18.27. Как определяется относительная просадочность?

Относительная просадочность определяется по результатам испы тания образцов грунта в одометре. Опыт начинается с образцом грунта, имеющим естественную влажность, а затем при определенном значении давления к образцу подводится вода, вызывающая просадку, после чего нагружение продолжается. Относительная просадочность это отношение высоты образца при заданном давлении, уменьшенной за счет его замачивания, к высоте незамоченного образца, обжатого нагрузкой, равной природной. Если это отношение более 0,01, то грунт считается просадочным.

Ф.18.28. Какое давление называется начальным просадочным?

Это такое давление, при котором относительная просадочность равна 0,01. Кроме того, введено понятие начальной просадочной влажности. Это такая влажность, при которой в условиях заданных давлений относительная просадочность равна 0,01.

Ф.18.29. Изменяются ли характеристики просадочного грунта после его замачивания?

Да, изменяются. При увлажнении структурные связи в грунте ослабляются и разрушаются. Резко снижается сцепление, угол внут реннего трения уменьшается, но незначительно. Резко увеличивается коэффициент сжимаемости.

Ф.18.30. Для какого состояния грунта определяется расчетное сопро тивление лессового просадочного грунта?

В зависимости от предполагаемого дальнейшего состояния расчет ное сопротивление определяется применительно к нему: если до пускается возможность замачивания, то для увлажненного состояния;

если предполагается грунт уплотнять или закреплять, то для этого состояния и определяются угол внутреннего трения и удельное сцепление, по которым рассчитывается величина расчетного сопро тивления R.

Ф.18.31. Для всех ли случаев следует рассчитывать просадочные деформации?

Расчет просадочных деформаций выполняется для случаев, когда не предусматривается устранение просадочных свойств или когда они устраняются частично, а рекомендуемые противопросадочные меро приятия могут быть недостаточными.

Ф.18.32. Вследствие чего может возникнуть полное или локальное замачивание лессового грунта?

Замачивание лессового грунта происходит за счет инфильтрации с поверхности за счет атмосферных осадков, таяния снега, полива растительности, неисправностей в коммуникациях, а снизу за счет капиллярного подъема и за счет общего подъема уровня подземных вод вследствие изменения тепловлажностного режима, что характерно для населенных пунктов при асфальтировании поверхностей и др.

Ф.18.33. По какому признаку устанавливается тип просадочности?

Просадка грунта возникает под действием нагрузок, передаваемых фундаментами, и от собственного веса грунта. Расчетные значения просадок позволяют определить тип грунтовых условий по про садочности: I тип просадка грунта происходит в основном от внешней нагрузки, а просадка от собственного веса не превышает 5 см;

II тип просадка от собственного веса превышает 5 см и происходит главным образом в нижней части основания. Это разграничение по типам влияет на назначение противопросадочных мероприятий и рациональных типов фундаментов.

Ф.18.34. В чем заключаются принципы строительства на просадочных грунтах?

Если исключена возможность замачивания лессовых грунтов, то проектирование оснований и фундаментов ведется как при обычных грунтах.

Принципы проектирования:

1) принятие водозащитных мер, препятствующих проникновению воды в основание;

2) устранение просадочных свойств грунтов;

3) прорезка просадочных грунтов глубокими фундаментами.

Ф.18.35. В чем заключаются конструктивные мероприятия при строительстве на просадочных грунтах?

Их обычно применяют при строительстве на грунтах II типа по просадочности. Они заключаются в повышении пространственной жесткости зданий разрезкой на блоки, разделенные осадочными швами, устройством железобетонных поясов, армированием кладки.

Для гибких схем конструкций иногда можно, наоборот, увеличить податливость. Может предусматриваться также восстановление зданий в процессе эксплуатации подъем домкратами или, наоборот, допросадка в частях, где просадка оказалась меньшей, чем рядом.

Ф.18.36. Каким путем можно устранить просадочные свойства грунтов?

Просадочные свойства грунтов можно устранить следующими способами:

1. Уплотнением грунтов тяжелыми трамбовками. При трамбовании механически ломаются структурные связи в грунте. Для грунтов I типа трамбованием удается полностью устранить просадочные свойства в верхнем слое толщиной до 1 1,5 м. Для грунтов II типа по про садочности необходимо еще и глубинное уплотнение. Недостатком данного метода является возникновение сильных колебаний; поэтому вблизи уже построенных зданий его следует использовать с осторож ностью.

2. Устройством фундаментов в вытрамбованных котлованах. По сути, это то же трамбование, но только трамбовками определенной формы с одновременным устройством тела фундамента. Эффект уплотнения ограничен; поэтому иногда устраивают двухслойное основание, втрамбовывая в нижний слой щебень.

3. Предварительным замачиванием в сочетании с подводными взрывами мелкими зарядами. При этом поверхность грунта оседает, и требуется выполнить досыпку, уплотнив ее трамбованием и укаткой.

При замачивании следует определить количество воды, необходимое для того, чтобы влажность грунта была выше начальной просадочной влажности.

4. Прорезкой просадочного грунта сваями. Этот метод является косвенным, так как он напрямую не устраняет просадочные свойства грунтов. Применяются забивные призматические или пирамидальные сваи. Неполная прорезка просадочных грунтов используется только при I типе грунтов по просадочности. При просадочных грунтах II типа необходимо учитывать отрицательное трение, действующее на сваи.

5. Химическим закреплением и термообжигом просадочных грун тов, но они являются наиболее дорогими способами.

Ф.18.37. Какой способ устранения просадочных свойств грунтов является наиболее простым?

Наиболее простым является трамбование, но этот способ эффекти вен при грунтах I типа по просадочности.

Ф.18.38. Каким образом осуществляется предварительное зама чивание лессовых просадочных грунтов?

Замачивание ведется с поверхности, из котлованов, в которые по мере убывания доливается вода, а также через специально выпол ненные скважины. За процессом ведется наблюдение, и по мере увлажнения отбираются пробы на влажность.

Ф.18.39. Применяются ли свайные фундаменты при просадочных грунтах?

Да, применяются: 1) железобетонные забивные сваи, прорезающие толщу просадочных грунтов; 2) набивные сваи могут использоваться с уширением при условии опирания их на плотные слои непросадочного грунта; 3) пирамидальные короткие сваи применяются при небольшой толще просадочных грунтов и при условии прорезки ими всей просадочной толщи.

Ф.18.40. Возможно ли применение грунтовых и песчаных свай при просадочных грунтах?

Грунтовые сваи применяются при просадочных грунтах – это способ усиления основания. В результате получается не свайный фундамент, а искусственное основание. Грунт в этих сваях глинистый, утрамбованный и практически не проводящий влагу. Песчаные сваи не используются, так как они являются дренами и способствуют увлажнению грунтов основания, а следовательно, их просадке.

Ф.18.41. Какие грунты называются набухающими?

Грунты, увеличивающиеся в объеме при повышении их влажности, называются набухающими. При набухании наблюдается подъем поверхности грунта. Набухание происходит за счет увеличения тол щины водных пленок, окружающих частицы грунта. При снижении влажности эти грунты они уменьшают свой объем и дают усадку.

Ф.18.42. Что такое давление набухания?

Относительное набухание определяется в одометре и представляет собой отношение разности высот образца после набухания и в природном состоянии к высоте ненабухающего образца, обжатого природным давлением. У "ненабухающих" грунтов это отношение меньше 0,04; сильнонабухающими называются грунты, если оно больше 0,12. Давление набухания соответствует давлению, возника ющему в грунте в одометре, если ему не дать увеличиваться в объеме.

Ф.18.43. Как определить подъем поверхности основания из набу хающих грунтов?

Это делается методом послойного суммирования. В основании фундамента учитывается противодействие от веса незамоченного грунта. На нижней границе зоны набухания принимается условие, при котором суммарное вертикальное напряжение от веса грунта и внешней нагрузки равно давлению набухания.

Рис.Ф.18.43. График зависимости относительной деформа ции sw набухающего грунта от давления p:

1 – уплотнение при естественной влажности; 2 – набухание (полный подъем) при замачивании под давлением p1;

3 – уплотнение набухающего грунта (при давлении psw полные деформации равны нулю) Ф.18.44. Какие мероприятия применяются, чтобы предотвратить давление набухания?

Применяются: 1) водозащитные мероприятия; 2) предварительное замачивание; 3) грунтовые подушки; 4) прорезка набухающих грунтов.

Водозащитные мероприятия (водозащитные экраны, отмостки вокруг зданий, заключение коммуникаций в галереи и лотки) служат для предохранения грунтов от попадания воды или химических растворов.

Предварительное замачивание производится при небольшой толще набухающих грунтов, и в дальнейшем увлажненные грунты следует предохранять от высыхания. Замачивание ведется через специальные скважины, засыпаемые песком.

Ф.18.45. Что представляют собой грунтовые и компенсирующие подушки?

Это подушки, которые выполняются из ненабухающего грунта, заменяющего вынутые из этого объема набухающие грунты. В остав шемся набухающем грунте подъем при его набухании не должен быть больше допустимого. Подушки также компенсируют возможную не равномерность подъема. Компенсирующие песчаные подушки допус кают более или менее равномерный подъем на уровне заложения подошвы фундаментов.

Ф.18.46. Какие конструктивные мероприятия применяются для зданий и сооружений, возводимых на набухающих грунтах?

К ним относится увеличение жесткости сооружений. Здания раз деляются на короткие блоки осадочными швами длиной не более 30 м.

Устраиваются армированные пояса. Здания более чувствительны к неравномерным подъемам, чем к осадкам. Предпочтение отдается ленточным и столбчатым фундаментам. Для конструкций иногда предусматривается возможность рихтовки (например для подкрановых путей). Предпочтительно увеличение давления под подошвой, противодействующего силам подъема. Предельные значения подъема назначаются в размере 25 % предельной осадки, а неравномерность 50 % от неравномерной осадки.

Ф.18.47. Какие особенности характеризуют илы, ленточные глины, заторфованные грунты и торфы?

Отличительными особенностями этих грунтов являются их высокая водонасыщенность и большая сжимаемость, которая проявляется при преодолении прочности структурных связей, обладающих тиксо тропными свойствами, т.е. свойствами восстановления своей струк туры после ее разрушения разрушаются цементационные связи, а с течением времени в грунте возникают связи водно коллоидные. Эти грунты обладают низкой прочностью, угол внутреннего трения близок к нулю, прочность обеспечивается в основном за счет сцепления.

Из за плохой водоотдачи эти грунты консолидируются медленно;

поэтому расчет оснований, слагаемых этими грунтами, производится по первому предельному состоянию.

Ф.18.48. Различаются ли механические свойства открытых и погребенных органогенных грунтов?

Да, различаются погребенные грунты обладают несколько боль шей прочностью и меньшей сжимаемостью из за того, что они были уплотнены пригрузкой.

Ф.18.49. Каким образом наличие структурной прочности влияет на кривые компрессионного сжатия и среза?

Наличие структурных связей характеризуется небольшими гори зонтальными участками как на той, так и на другой кривой. После пре одоления структурных связей компрессионная кривая с увеличением давления более резко опускается вниз, а кривая среза приобретает подъем.

Ф.18.50. Следует ли прогнозировать нарастание осадок во времени при расчетах оснований из сильноводонасыщенных грунтов по второму предельному состоянию и следует ли производить для них расчеты по первому предельному состоянию?

Поскольку слабые структурно неустойчивые грунты (илы, био генные грунты) практически полностью водонасыщены и сильно сжимаются, для расчета осадок на них возможно применение решений теории фильтрационной консолидации, позволяющих определить развитие осадок с течением времени. Кроме того, для этих грунтов следует производить расчеты основания также по первому предельному состоянию, так как при условии неполной консолидации прочность основания обеспечивается в основном сцеплением в грунте, а трение "включается" с рассеиванием порового давления.

Ф.18.51. Каким образом производится предпостроечное уплотнение слабых водонасыщенных грунтов?

Делается фильтрующая пригрузка. Эффективным является применение песчаных и бумажных дрен. При небольшой толще биогенных грунтов их следует заменить другими. Это называется выторфовыванием.

Ф.18.52. Следует ли учитывать отрицательное трение при прорезке свайными фундаментами биогенных грунтов?

Да, если при прорезке свайными фундаментами биогенных грунтов возможны их уплотнение и возникновение сил отрицательного трения.

Ф.18.53. Какие фундаменты называются плавающими и возможно ли их применение на слабых водонасыщенных грунтах?

Плавающими называются фундаменты мелкого заложения, пере дающие на грунт давление, не превышающее давления от вынутого грунта, т.е. очень небольшое давление. Они могут быть применены при строительстве на слабых биогенных грунтах.

Ф.18.54. Какими приемами может быть снижена чувствительность конструкций к неравномерным осадкам при строительстве на биогенных грунтах?

Применением бескаркасных конструкций простой конфигурации, разрезкой осадочными швами на короткие жесткие блоки, устройством армированных швов и поясов в нескольких уровнях. Преду сматривается рихтовка подкрановых путей. Вводы коммуникаций должны обеспечить их безаварийную эксплуатацию при существенных деформациях.

Ф.18.55. Какие особенности следует учитывать при устройстве котлованов в слабых грунтах?

Следует обеспечить устойчивость стенок котлованов, позаботиться о предохранении грунтов от атмосферных осадков, промораживания, повреждения механизмами и подтопления. При разработке котлованов механизмами следует предусматривать недобор бульдозерами и обрат ной лопатой до 40 см. При глубине котлованов до 2 м угол откоса должен быть не более 30°. При эксплуатации следует исключить воз можность понижения уровня грунтовых вод, чтобы не вызвать больших дополнительных деформаций. Если грунты сильнопучинистые, их следует предохранять от промораживания.

Ф.18.56. Какие грунты следует считать засоленными и как надо учитывать их особенности?

Засоленными следует считать грунты, содержащие значительное количество водорастворимых солей. При увлажнении и выщелачива нии таких грунтов уменьшается несущая способность и увеличивается деформируемость. Удаление солей снижает сцепление и увеличивает пористость. Характерным является суффозионное сжатие, вызываемое рассолением вследствие дополнительного увлажнения. Начальной величиной считается относительное сжатие, составляющее 1 %.

Ф.18.57. Какие мероприятия предпринимаются при строительстве на засоленных грунтах?

В водонасыщенных засоленных грунтах применяют песчаные подушки, вертикальные дрены, песчаные сваи. В маловлажных грунтах устраивают грунтовые подушки, в которых грунт уплотняется, и они служат экраном для проникающей воды. Для глубинного уплотнения устраивают грунтовые сваи в пределах всей толщи засоленных грунтов.

Глубинные слои можно доуплотнять тяжелыми трамбовками.

Ф.18.58. Какие типы фундаментов рекомендуются на засоленных грунтах?

При небольшой толщине слоя засоленных грунтов (до 4 м) можно их прорезать столбчатыми фундаментами, при большей толщине – лучше заменить свайными фундаментами. Для тяжелых сооружений можно использовать опускные колодцы. При выборе материалов фундаментов следует учитывать возможность солевой коррозии.

Делаются защитные покрытия из смол, битумных материалов, а также оклейка рулонными материалами.

Ф.18.59. Как подразделяются насыпные грунты?

Насыпные грунты возникли в результате деятельности человека.

Они весьма неоднородны по составу, подвержены самоуплотнению от веса вышележащих слоев, разложению органических компонентов. Их можно подразделить на три подгруппы:

1) планомерно возведенные насыпи – дамбы, плотины, насыпи дорог; они возводятся отсыпкой с уплотнением или гидронамывом;

2) отвалы грунтов и отходов промышленных производств сюда относятся золоотвалы, шламоотвалы;

3) свалки, которые образуются в результате самопроизвольного сбрасывания отходов производств и бытовых отходов.

Ф.18.60. Какое время обычно требуется для самоуплотнения на сыпных грунтов?

Планомерно возведенные насыпи из глинистых грунтов самоуплот няются до 5 лет, золы до 10 лет, свалки из глинистых грунтов до лет.

Ф.18.61. По каким группам предельных состояний рассчитываются насыпные грунты?

По обеим группам предельных состояний по I и II.

Ф.18.62. Как следует устраивать фундаменты на насыпных грунтах?

Целесообразно применение забивных и буронабивных свай.

Используется вытрамбовывание котлованов.

Ф.19. ФУНДАМЕНТЫ НА СКАЛЬНЫХ,

ЭЛЮВИАЛЬНЫХ ГРУНТАХ,

ПРИ ЗАКАРСТОВАННЫХ

И НА ПОДРАБОТАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Ф.19.1. По какому предельному состоянию проектируются фун даменты, возводимые на скальных основаниях?

Поскольку скальные грунты дают малые деформации, то опре деляющими являются расчеты по первому предельному состоя нию по прочности.

Ф.19.2. Какой вид фундаментов рекомендуется при глубоком залегании скальных грунтов?

Если верхние четвертичные отложения обладают небольшой мощ ностью, то следует их прорезать и опереть фундаменты на скальные грунты. Целесообразно также применение свай стоек или буровых опор. Их немного заглубляют в скальный грунт.

Ф.19.3. Какие величины сжимаемой толщи рекомендуются для элювиальных грунтов?

К элювиальным грунтам относят продукты выветривания коренных скальных пород, если они остаются на месте выветривания.

Отношение zp для определения величины сжимаемой толщи по СНиП, принимаемое обычно равным 0,2, для элювиальных грунтов принимается большим. Если в песчаных грунтах количество частиц крупнее 2 мм более 25 % по весу, то данное отношение равно 0,35, для щебенистых грунтов – 0,8.

Ф.19.4. Что называется карстом?

Карстом называется совокупность явлений, связанных с раство рением горных пород и образованием в них пустот. На поверхности эти явления вызывают просадки, провалы.

Ф.19.5. Какие рекомендуются способы противокарстовой защиты?

Рекомендуются:

1) уменьшение интенсивности растворения: создание фильтраци онных завес, осушение массива, заполнение пустот грунтом и тампо нажными растворами, закрепление покрывающей толщи грунтов.

Тампонажными растворами служат глинисто песчано цементные растворы;

2) мероприятия, связанные с предотвращением утечек воды и сброса промышленных вод;

3) конструктивная защита зданий и сооружений от опасных деформаций, вызываемых карстовыми провалами.

Ф.19.6. Какие территории относятся к категории подрабатываемых?

К этой категории относятся территории, под которыми ведутся или велись горные разработки; в результате могут появиться провалы, трещины, оседания, горизонтальные сдвижения и деформации.

Ф.19.7. В чем заключаются принципы проектирования и защитные мероприятия при строительстве на подрабатываемых территориях?

Здания и сооружения проектируются по жесткой или податливой гибкой схеме. В первом случае (по жесткой схеме) расчет ведется по первому предельному состоянию, по гибкой схеме по второму. Для увеличения жесткости устраиваются пояса. Могут предусматриваться приемы рихтовки домкраты. При устройстве свайных фундаментов следует учесть возможность горизонтальных смещений.

Ф.20. ФУНДАМЕНТЫ

ПРИ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

Ф.20.1. Чем могут быть вызваны динамические воздействия на со оружения?

Причины могут быть различными: уплотнение грунта трамбовками, забивка свай и шпунта, работа машин с неуравновешенно вра щающимися частями компрессоров, лесопильных рам, прокатных станов, копров, мельниц; движение наземного и подземного транс порта; порывы ветра, сейсмические воздействия, взрывы и др.

Ф.20.2. На какие два вида можно подразделить колебания?

Колебания подразделяются на собственные и вынужденные. При свободных колебаниях источник колебания находится внутри колеб лющегося тела, в результате чего происходит его отклонение от устой чивого равновесия. Вынужденные колебания возникают вследствие внешнего воздействия. Если вынужденные колебания совершаются с тем же периодом, какой имеет и источник колебания, то такие колебания называются установившимися.

Ф.20.3. Чем отличаются вибрационные, ударные и сейсмические нагрузки?

У вибрационных нагрузок силы, их вызывающие, изменяются по гармоническому закону например вращение машин с неуравно вешенными массами; ударные нагрузки отличаются однократным или многократным кратковременным импульсом забивка свай, кузнеч ные молоты. Сейсмические нагрузки возникают при землетрясениях.

Ф.20.4. Что характерно для собственных колебаний системы?

Собственные колебания системы являются свободными. Они опре деляются параметрами и жесткостью конструкции. Вследствие сопро тивления окружающей среды происходит их затухание, т.е. рассеи вание диссипация энергии первоначального импульса. Эти коле бания всегда затухающие.

В результате диссипации энергии происходит уменьшение амплитуды колебаний.

Ф.20.5. Что характерно для вынужденных колебаний?

Если сооружение и основание все время находятся под действием возмущающих сил, то такие колебания называются вынужденными.

Они не затухают в течение всего времени действия сил, их вызывающих, и зависят от параметров колебающейся системы и закона изменения возмущающих сил.

Ф.20.6. Какие колебания называются периодическими и какие – гармоническими?

Периодическими называются незатухающие колебания, график которых повторяется через одинаковые промежутки времени, имену емые периодами. Периодические колебания, графики которых яв ляются функциями синуса или косинуса, называются гармоническими.

Период колебаний это время, необходимое для завершения одного полного колебания. Частота колебания это число колебаний в единицу времени. Величина наибольшего отклонения от равновесного положения это амплитуда колебания. Размах это две амплитуды.

Декремент затухания (или коэффициент затухания) характеризует скорость затухания колебаний. Декремент это натуральный логарифм отношения амплитуд двух последовательных колебаний последующего к предыдущему.

Ф.20.7. Что называется резонансом и чем сопровождается резонанс?

Если собственная частота колебаний системы совпадает с частотой вынужденных ее колебаний, то наступает резонанс. Амплитуда коле баний всей системы при этом возрастает, иногда резко.

Ф.20.8. Что такое виброкомпрессия и виброползучесть грунта и в чем они проявляются?

Виброкомпрессия несвязных грунтов это их дополнительное уплотнение при вибрационных или часто повторяющихся ударных нагрузках. При увеличении частоты вибрации перемещение частиц грунта напоминает явление ползучести и называется виброползу честью. При увеличении частоты колебаний возможно виброразжи жение грунта.

Ф.20.9. Какие виды фундаментов рекомендуется применять при наличии динамических нагрузок?

Применяются фундаменты мелкого заложения и свайные. Они могут быть монолитными, сборно монолитными и сборными. Стати ческие нагрузки на такие фундаменты от оборудования обычно небольшие. Практически применяют фундаменты массивные в виде плиты или блока, стенчатые из поперечных и продольных стен, связанных с фундаментной плитой, и рамные, представляющие собой пространственную конструкцию из верхней плиты, балок и стоек, опи рающихся на фундаментную плиту. Для машин ударного действия с большими нагрузками используют массивные фундаменты, а для других облегченные фундаменты.

Рис.Ф.20.9. Примеры устройства фундаментов под машины:

а – фундамент под вертикальный компрессор (плита в плане 34,2 м); б – фундамент под горизонтальный компрессор (плита в плане 4,47,6 м, заглублена на 2,0 м); в – стенчатый массивный фундамент под мотогенератор (расположен на высоте Ф.20.10. Следует ли фундаменты оборудования, создающего дина мическую нагрузку, отделять от фундаментов зданий, и если да, то как это делается?

Фундаменты обычно проектируются отдельными под каждую машину или группу машин. От фундаментов зданий фундаменты машин отделяются швами. Целесообразно предусматривать виброизо ляцию механизмов и машин, гасящую импульсы. Прецезионное обору дование, требующее спокойного режима, отделяется от остального массива, и в данном случае гасящие устройства носят оградительный характер.

Ф.20.11. Какие применяются мероприятия, если в основании фун даментов машин имеются слабые грунты?

При наличии слабых грунтов толщиной до 1,5 м производится их замена, а при большей мощности укрепление или устройство свай ных фундаментов. Подошва фундаментов обычно прямоугольная в плане, а смежные фундаменты следует закладывать на одной отметке.

Ф.20.12. Каким образом проверяется, допустимо ли данное среднее давление под подошвой фундамента?

Среднее давление под подошвой фундамента машины должно быть меньше расчетного сопротивления R, вычисленного обычным спо собом, умноженного на два понижающих коэффициента, один из которых зависит от вида грунта, а второй – от вида машины. Это произведение изменяется от 1 до 0,35.

Ф.20.13. По какому критерию производятся расчеты фундаментов машин на динамическую нагрузку?

Расчеты производятся по второму предельному состоянию a aи, сравниваются наибольшая амплитуда колебаний фундамента по рас чету a и предельно допустимая амплитуда колебаний aи, определяемая из задания на проектирование или по специальной главе СНиП 2.02.05 87. Величина aи для высокочастотных машин 0,05 мм, для низкочастотных – 0,2 мм, для кузнечных молотов aи = 1,2 мм.

Ф.20.14. Какая упрощенная схема используется для расчета взаимо действия колебающихся вместе с фундаментом машины и основания?

Машина вместе с фундаментом представляет собой жесткое тело с массой, расположенной в центре тяжести действующих статических нагрузок. Основание рассматривается как не имеющее массы и де формируется упруговязко. Пружины деформируются упруго, а поршни с цилиндрами воспроизводят вязкое сопротивление. Действующие усилия раскладываются на вертикальную и две горизонтальные состав ляющие, а также на три момента. Считается, что эти воздействия вызывают соответственно три линейных перемещения и три поворота в соответствующих плоскостях. Дальнейшие упрощения связаны с предположениями о возможных перемещениях в одном или двух направлениях, поворотом в одной или двух плоскостях, а также с неучетом тормозящего колебания действия вязких сопротивлений в виде цилиндров.

Ф.20.15. Каким уравнением описывается колеблющаяся только поступательно вертикально система "фундамент – основание"?

Это обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка где m масса всей системы; Bz коэффициент демпфирования ос нования при вертикальных колебаниях; z величина перемещения в вертикальном направлении вдоль оси z; t время; Kz коэффициент жесткости основания для упругого равномерного сжатия при вертикальных колебаниях; угловая скорость вращения машины, ; f частота вынужденных колебаний; T период ко лебаний; Fz действующая в вертикальном направлении сила. В этом уравнении Bz и Kzz соответствуют демпфирующей и упругой частям реакции основания.

Ф.20.16. Сколько степеней свободы рассматривается обычно при решении задачи о колебаниях фундаментов?

Всего в общей схеме имеется 6 степеней свободы. В упрощенном случае рассматриваются три степени свободы перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также повороты в вертикальной плоскости.

Ф.20.17. В каких случаях можно пренебречь влиянием колебаний от машин на несущую способность грунта основания?

В том случае, если от импульсного источника возникают колебания со скоростью менее 15 мм/с, а от источника периодического дейст вия менее 2 мм/с, влиянием колебаний на несущую способность можно пренебречь.

Ф.20.18. Какие колебания испытывает поверхность земли при воздействии землетрясений?

Поверхность земли при землетрясениях испытывает вертикальные и горизонтальные колебания. Вертикальные колебания наибольшее влияние оказывают вблизи эпицентра, а по мере удаления от него они затухают быстрее горизонтальных; поэтому большее влияние начинают оказывать горизонтальные колебания.

Ф.20.19. Какой шкалой для оценки сейсмических воздействий мы пользуемся?

Для оценки сейсмичности существует 12 балльная шкала. При балльности менее 7 баллов сейсмичность не учитывается. Строи тельство сооружений разрешается только с силой сейсмического воз действия не более 9 баллов. Сейсмичность площадки строительства зависит как от сейсмичности района, населенного пункта, так и от вида и состояния грунта.

Ф.20.20. На какие три категории можно подразделить грунты по их сейсмическим свойствам?

Первая категория это наиболее устойчивые грунты: скальные, крупнообломочные плотные, вечномерзлые, твердомерзлые.

Вторая категория: выветрелые скальные грунты, пески средней крупности, мелкие средней плотности маловлажные, глинистые грун ты пластичные и др.

Третья категория: пески рыхлые, оттаивающие вечномерзлые грунты.

С повышением категории возрастает сейсмичность площадки в баллах.

Ф.20.21. Как рекомендуется определять предварительные размеры фундаментов в сейсмоопасных районах?

Предварительные размеры допускается определять по дефор мациям на основное сочетание нагрузок. Однако затем при оконча тельных расчетах должна быть произведена проверка по первому предельному состоянию по несущей способности на особое сочетание нагрузок. Расчет по несущей способности выполняется на возможные сдвиг и опрокидывание.

Ф.20.22. Влияет ли сейсмичность района строительства на выбор глубины заложения подошвы фундамента?

Глубина заложения в грунтах I и II категорий принимается такой же, как и в несейсмичных районах. Для грунтов III категории рекомен дуются водопонижение, укрепление грунтов, подвальных помещений.

Конструкции зданий усиливаются.

Ф.20.23. Какой вид эпюры реактивных давлений принимается в расчетах фундаментов мелкого заложения при сейсмическом воздействии?

При сейсмическом воздействии эпюра предельного давления может быть принята прямоугольной или трапецеидальной, в зависимости от балльности площадки строительства. В расчет вводится понятие предельного значения относительного эксцентриситета. При расчетах на сейсмические воздействия допускается частичный отрыв подошвы фундамента от грунта, т.е. выход равнодействующей за пределы ядра сечения.

Ф.20.24. Как рекомендуется заглублять свайные фундаменты в сейсмоопасных районах и на какие грунты не разрешается их опирать?

Острие свай рекомендуется опирать на скальные и крупнооб ломочные грунты, плотные и средней плотности пески, твердые, по лутвердые и тугопластичные глины. Не допускается опирать сваи на рыхлые водонасыщенные пески, мягкопластичные и текучепластичные глинистые грунты. Заглубление свай в грунт должно быть не ме нее 4 м.

Ф.20.25. Какие особые рекомендации можно дать по проектированию сейсмостойких фундаментов?

Целесообразно применять ленточные, из перекрестных лент и плитные фундаменты. Стыки усиливаются арматурными сетками.

Отдельные столбчатые фундаменты соединяются балками. В зданиях выше 9 этажей предусматривается монолитная подвальная часть; а если применяется крупноблочная конструкция, то вводится перевязка швов. Могут применяться специальные прокладки и гасители, сни жающие сейсмические нагрузки.

Ф.21. РЕКОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ,

СТРОИТЕЛЬСТВО В УСЛОВИЯХ

ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ

Ф.21.1. Назовите основные виды разрушения фундаментов, нужда ющихся в реставрации.

Расслоение кладки, выкрашивание раствора из швов, трещины в бетонных и железобетонных фундаментах.

Ф.21.2. Какие причины могут вызвать необходимость реконструкции фундаментов?

1) Изменение свойств грунтов оснований. Это может произойти вследствие изменения гидрогеологической обстановки уровня под земных вод, их агрессивности, загрязнения их техническими отходами производства.

2) Развитие недопустимых деформаций из за ухудшения свойств грунтов основания, из за ошибок при проектировании и возведении фундаментов.

3) Проведение работ вблизи зданий и строительство вблизи них новых объектов разработка котлованов и траншей, прокладка ком муникаций; строительство рядом с существующим фундаментом, вызывающее дополнительную неравномерную осадку или сдвиг; дина мические нагрузки на основание при забивке свай, вибропогружение шпунта.

Ф.21.3. В чем различаются принципы расчетов для существующих и дополнительно возводимых фундаментов?

При существующих фундаментах и необходимости реконструкции рассчитываются нагрузки на верхнем обрезе фундамента и в уровне его подошвы. Затем проверяется расчетом материал фундамента на проч ность, после чего проверяется расчетное сопротивление грунта обычным способом. На основе этого решается вопрос о необходимости усиления фундаментов. Затем производятся расчеты на деформации и их неравномерность.

Ф.21.4. Каким образом рекомендуется определять допустимые давления на грунты основания существующих фундаментов после реконструкции?

Допустимые давления под подошвой фундамента в этом случае, как и обычно, ограничиваются величиной расчетного сопротивления.

Расчетное сопротивление R определяется согласно формулам и рекомендациям СНиП. Новое расчетное сопротивление выше, чем R, в связи с тем, что грунты под нагрузкой, передаваемой существующим сооружением, подвергались дополнительному и длительному уплот нению. Поэтому величина R умножается на коэффициенты, которые больше единицы. Однако поправки регламентируются отношением рассчитанной осадки при давлении p=R и предельной осадки sи;

причем за критерий берется R = 0,2. С увеличением этого отношения снижается величина коэффициента, повышающего значение R.

Ф.21.5. В чем заключается укрепление фундамента цементацией?

Для этого в теле фундамента пробуривают отверстия для установки инъекторов, через которые под давлением нагнетают цементный раствор. Если нижняя часть фундамента сильно ослаблена, то фундамент вывешивают и подводят новые блоки или производят бетонирование в нижней разрушенной части с ее заменой.

Ф.21.6. Что представляет собой железобетонная обойма для укреп ления фундамента?

Это обетонирование фундамента. Возможны применение арматуры и стяжка старого фундамента, заделка обоймы в его теле с помощью анкеров.

Ф.21.7. Как производится уширение фундаментов?

Если расчетное сопротивление меньше среднего давления под подошвой фундамента, то производится уширение подошвы. Укла дываемые рядом с уширяемым фундаментом блоки примоноличи ваются к нему. Целесообразно произвести предварительное обжатие грунта основания через эти вновь укладываемые блоки. В этом случае вся подошва после увеличения нагрузки, например после надстройки, включится в равномерную работу. В случае большого возрастания дей ствующих нагрузок возможна подводка под здание плиты. Ее можно заложить несколько выше подошвы существующих фундаментов и заделать в стены. Возможно также устроить дополнительные опоры.

Ф.21.8. Как производится постановка фундаментов на сваи?

Возможно произвести усиление действующих фундаментов с по мощью подводки под них свай. Поскольку забивка свай может повлечь разрушение фундаментов, то производится задавливание свай. Чаще для усиления используются набивные сваи. Устраиваются также буро инъекционные сваи. Для этого наклонные скважины бурятся через су ществующий фундамент в грунт, после чего они заполняются бетоном.

Ф.21.9. Какие могут рекомендоваться способы укрепления оснований?

Для укрепления оснований могут рекомендоваться:

цементация в трещиноватых скальных и закарстованных грунтах;

силикатизация одно и двухрастворная, а также газовая в просадочных и песчаных грунтах;

смолизация в песчаных грунтах (этот вид закрепления при меняется редко), а также другие способы закрепления грунтов.

Ф.21.10. Какому дополнительному условию следует удовлетворить в отношении осадок при строительстве зданий рядом с существующими?

Опыт показал, что строительство более низких домов рядом с более высокими уже существующими привело к значительно меньшим повреждениям существующих домов, чем строительство более высоких домов рядом с существующими более низкими. Для строительства новых домов вблизи существующих следует рассчитать их вероятную осадку. При выполнении расчетов руководствуются следующими зави