Лучшие практики проектирования фундаментов для набухающих грунтов

При проектировании фундаментов на набухающих грунтах необходимо учитывать их высокую влагозависимость и подвижность. Оптимальным решением является использование глубоких фундаментов, таких как сваи, которые позволяют избежать воздействия набухания на строительные конструкции. Также важно проводить регулярный мониторинг состояния грунта и, при необходимости, применять специальные мероприятия для его стабилизации.

Кроме того, следует предусмотреть дренажные системы для контроля уровня грунтовых вод и минимизации влаги в почве. Использование геосинтетических материалов для армирования также может значительно снизить риски деформации и улучшить несущие способности фундамента. Правильный выбор материалов и технологий строительства поможет обеспечить долговечность и устойчивость конструкций в условиях набухающих грунтов.

9. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ

9.1. При проектировании свайных фундаментов в набухающих грунтах допускается предусматривать как полную прорезку сваями всей толщи набухающих грунтов (с опиранием нижних концов на ненабухающие грунты), так и частичную прорезку (с опиранием нижних концов непосредственно в толще набухающих грунтов).

9.2. Расчет свайных фундаментов в набухающих грунтах следует производить по предельным состояниям в соответствии с требованиями, приведенными в разд. 3-6. При расчете свайных фундаментов в набухающих грунтах по деформациям должен Выполняться дополнительный расчет по определению подъема свай при набухании грунта в соответствии с требованиями пп. 9.4-9.6.

9.3. При расчете свайных фундаментов в набухающих грунтах по несущей способности значения расчетных сопротивлений набухающих грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности fi сваи или сваи-оболочки должны приниматься на основании результатов статических испытаний свай и свай-штампов в набухающих грунтах с замачиванием на строительной площадке или прилегающих к ней территориях, имеющих аналогичные грунты. При отсутствии ко времени проектирования свайных фундаментов результатов указанных статических испытаний расчетное сопротивление набухающих грунтов под нижним концом R и на боковой поверхности fi свай и свай-оболочек диаметром менее 1 м допускается принимать по табл. 1, 2 и 7 как для ненабухающих грунтов с введением дополнительного коэффициента условий работы грунта gc = 0,5, учитываемого независимо от других коэффициентов условий работы, приведенных в табл. 3 и 5.

9.4. Подъем hsw,p, м, забивных свай, погруженных в предварительно пробуренные лидерные скважины, набивных свай без уширения, а также свай-оболочек, не прорезающих набухающую зону грунтов, следует определять по формуле

где hsw — подъем поверхности набухающего грунта, м;

h¢sw,p — подъем слоя грунта в уровне заложения нижнего конца свай (в случае прорезки набухающего грунта h¢sw,p = 0), м;

W, w — коэффициенты, определяемые по табл. 17, при этом W зависит от показателя а, который характеризует уменьшение деформации по глубине массива при набухании грунта и принимается для набухающих глин: сарматских — 0,31 м -1 , аральских- 0,36 м -1 и хвалынских — 0,42 м -1 ;

u — периметр сваи, м;

N — расчетная нагрузка на сваю, кН (тc), определенная с коэффициентом надежности по нагрузке gf = 1.

Предельные значения подъема сооружений, а также значение подъема поверхности набухающего грунта hsw и подъема слоя грунта в уровне расположения нижних концов свай hsw,p следует определять в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83.

9.5. При прорезке сваями набухающих слоев грунта и заглублении их в ненабухающие грунты подъем свайного фундамента будет практически исключен при соблюдении условия

где Fsw — равнодействующая расчетных сил подъема, кН (тc), действующих на боковой поверхности сваи, определяемая по результатам их полевых испытаний в набухающих грунтах или определяемая с использованием данных табл. 2 с учетом коэффициента надежности по нагрузке для сил набухания грунта gf = 1,2;

Fdu — несущая способность, кН (тс), участка сваи, расположенного в ненабухающем грунте, при действии выдергивающих нагрузок;

gk — то же, что в формуле (2).

9.6. Подъем свай диаметром более 1 м, не прорезающих набухающие слои грунта, должен определяться как для фундамента на естественном основании в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83. При этом подъем сваи с уширением должен определяться при действии нагрузки Fu, равной:

где N, Fsw — то же, что в формуле (36);

gII — расчетное значение удельного веса грунта, кН/м 3 (тс/м 3 );

Vg — объем грунта, препятствующий подъему сваи, м 3 , и принимаемый равным объему грунта в пределах расширяющегося усеченного конуса высотой h с нижним (меньшим) диаметром, равным диаметру уширения d, а верхним диаметром d¢ = h + d(здесь h — расстояние от природной поверхности грунта до середины уширения сваи).

9.7. При проектировании свайных фундаментов в набухающих грунтах между поверхностью грунта и нижней плоскостью ростверка должен быть предусмотрен зазор размером, равным или более максимального значения подъема грунта при его набухании.

При толщине слоя набухающего грунта менее 12 м допускается устраивать ростверк, опирающийся непосредственно на грунт, при соблюдении расчетного условия (36).

О расчете фундаментов на набухающих грунтах при увлажнении горячей водой Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

НАБУХАЮЩИЕ ГЛИНЫ / SWELLING CLAYS / КОНТАКТНОЕ ДАВЛЕНИЕ ПОД ПОДОШВОЙ / THE CONTACT PRESSURE UNDER THE SOLE POWER OF THE SWELLING / СИЛА НАБУХАНИЯ / "БУГРЫ НАБУХАНИЯ" / ЭКВИВАЛЕНТНАЯ НАГРУЗКА / THE EQUIVALENT LOAD FACTOR BED / КОЭФФИЦИЕНТ ПОСТЕЛИ / УПЛОТНЯЮЩЕЕ ДАВЛЕНИЕ / SEALING PRESSURE / "SWELLING HILLS"

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Сницарь Марина Александровна, Самедов Ахмед Меджид

Рассмотрены проблемы расчета фундаментов сооружений на набухающих глинистых грунтах при увлажнении горячей водой. Определены величины контактных давлений при набухании основания P H(x) под подошвой сооружения при увлажнении водой Т = 20 °С и Т = 40 °С. 80 °С. Предложено принять эпюры набухающих сил при увлажнении в виде квадратной параболы купола набухания и добавить к нагрузкам от собственного веса сооружения, как эквивалентную нагрузку контактных давлений P H(x). При расчете фундамента подземного сооружения определена необходимость учитывать реактивное давление основания из набухающих грунтов на сооружение во время увлажнения горячей водой.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Сницарь Марина Александровна, Самедов Ахмед Меджид

Исследование набухания сузакских глин
Инженерно-геологические условия строительства на майкопских глинах Волгограда
Вещественный состав и инженерно-геологические свойства сарматских глин
Аргиллитоподобные глины в районе большого Сочи и их физико-механические характеристики

Разработка рекомендаций по управлению геомеханическими процессами при строительстве подземных сооружений в Сирии

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

On calculation of foundations on swelling soil when moistened with hot water

The problem of calculating the foundations of buildings on the swelling clay soils when wet with hot water. The values of contact pressure upon swelling P H(x) under the sole base facilities for moistening water T = 20°C and T = 40°C. 80°C. It is proposed to adopt diagrams swelling force when moistened in the form of a square parabola dome swelling and add to the load of its own weight structures as the equivalent load of contact pressures P H(x). The calculation of the foundation of the underground facilities identified the need to consider the reaction pressure of the swelling soil foundation for the construction of moisture during hot water.

Текст научной работы на тему «О расчете фундаментов на набухающих грунтах при увлажнении горячей водой»

Сницарь М.А., Самедов А.М.

О РАСЧЕТЕ ФУНДАМЕНТОВ

НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ

ПРИ УВЛАЖНЕНИИ ГОРЯЧЕЙ ВОДОЙ

Рассмотрены проблемы расчета фундаментов сооружений на набухающих глинистых грунтах при увлажнении горячей водой. Определены величины контактных давлений при набухании основания PJx) под подошвой сооружения при увлажнении водой Т = 20 °С и Т = 40 °С. 80 °С. Предложено принять эпюры набухающих сил при увлажнении в виде квадратной параболы купола набухания и добавить к нагрузкам от собственного веса сооружения, как эквивалентную нагрузку контактных давлений PJx).

При расчете фундамента подземного сооружения определена необходимость учитывать реактивное давление основания из набухающих грунтов на сооружение во время увлажнения горячей водой.

Ключевые слова: набухающие глины, контактное давление под подошвой, сила набухания, «бугры набухания», эквивалентная нагрузка, коэффициент постели, уплотняющее давление.

Из литературных источников [1-6] видно, что недостаточное количество теоретических и экспериментальных исследований не дает возможность проанализировать эффективность и надежность использования существующих моделей глинистых грунтов, отражающих взаимодействие конструкции фундаментов с деформированным основанием при набухании во время увлажнения, особенно горячей водой. Как известно, в настоящее время за рубежом при расчете фундаментов в основном применяются модели типа Винклера-Фусса и Пастернака, основанные на расчете гибких фундаментов на упругом основании, где при прогибе гибкой фундаментной балки под действующей нагрузкой возникает реактивное, контактное давление упругого основания. При этом принимается величина распределения контактных давлений P(x) под фундаментом, зависящая от коэффициента жесткости (коэффициента постели) основания, k = const, постоянная величина, хотя этот коэффициент, даже любого грунта имеет изменчивый характер, k(x). В таких случаях величина контактных давлений под подошвой фундамента P(x) = k(x)Y(x), где Y(x) — прогиб фундаментной балки. Тогда величина контактных давлений P(x) является функцией 2-х неизвестных параметров, т.е. функцией коэффициентов жесткости основания k(x), имеющих изменчивый характер и прогиб балки Y(x) — тоже изменяющийся по длине оси х.

Для усовершенствования и развития методов расчета фундаментов на набухающих грунтах, увлажненных горячей водой, температурой Т = 40 °С. 80 °С, увеличение набухания поверхности определяется умножением на коэффициент PT = 1,2.1,65 (кривая 2 из рис. 1), когда для воды температурой Т = 18 °С. 20 °С, pT = 1,0 (рис. 1, кривая 1).

При расчете фундамента на набухающих грунтах, особенно при источниках увлажнения водой, температурой Т = 40 °С. 80 °С реактивное давление оснований при набухании, PH(x), можно принимать в следующем виде:

где Р — величина «порога» набухания, определяется по данным компрессионных испытаний образцов при заданных температурах воды во время увлажнения; и0 — высота траектории набухания (рис. 1) без нагрузок по многочисленным опытным данным Р. Литтона и К. Майера, максимальная величина которой достигается при т = 2, т.е. абсолютная деформация набухания 55ш будет:

Можно принимать и0 = е0Н = 0,4 м — максимальное свободное набухание грунтов в основании при увлажнении водой Т = 20 °С, а при Т = 40 °С. 80 °С умножаем на коэффициент Рт; г — радиус «бугра набухания», х — расстояние от центра «бугра набухания» до расчетной точки по горизонтальной оси х; е0 — величина относительной деформации при набухании без нагрузок ( т.е. в свободном виде), определяется по данным компрессионных испытаний при заданной температуре увлажняемой воды и влажности %; Н — мощность набухающего слоя грунта в основании сооружения.

Однако основание из набухающего грунта является не свободным от нагрузок, на него действуют вес сооружения и собственный вес грунта (рис. 1, б), т.е. на набухающий грунт действует дополнительное давление или уплотняющее давление Р, которое будет иметь вид:

Коэффициент жесткости набухающих глинистых грунтов основания по данным Р. Литтона при увлажнении водой Т = 20°С: к0 = 2-104 кН/м3, к = к0Ь0 = = 2-104 кН/м2, где Ь0 — ширина фундамента, 1 пог. м; показатель гибкости а = пБ0Ы.3 / (Б!), где L — длина фундамента, м, при модуле общей деформации

Рис. 1. Максимальная траектория поверхности набухания по Р. Литтону (а) и расчетная схема для произвольного расположения «бугра набухания» под сооружением (б)

Рис. 2. Двухбугровая поверхность набухания (а); эпюры набухающих давлений (б); расчетная схема двухбугровых непересекающихся бугров набухания эквивалентной нагрузки от силы набухания Рн(х) фундаментной балки (в)

грунтов основания, Е0 = 20 МПа, Ь — высота фундамента, м, тогда а = 300, где Е1 — жесткость фундамента; Е — модуль упругости материала; I — момент инерции сечения фундамента. При линейной постановке задачи можно принимать коэффициент т0 = 1, в формуле (3).

Принимая величину набухающих сил Рн(х), как эквивалентную нагрузку над уплотняющим давлением от собственного веса сооружения с весом грунта над

Рис. 3. «Двухгорбовая поверхность набухания» пересекающихся бугров набухания (а) и расчетная схема фундамента от эквивалентной нагрузки силы набухания основания при увлажнении горячей водой Т = 40 °С. 80 °С

фундаментом, можно построить расчетную схему фундаментов (рис. 2) в зависимости от места расположения очагов увлажнения водой Т = 40 °С. 80 °С и более.

В зависимости от расположения источников увлажнения «бугры набухания» будут непересекающиеся (рис. 2 а, б, в) или пересекающиеся (рис. 3 а, б).

После определения величины набухающих давлений Рн(х), можно построить эпюры давлений, как приведено на рис. 2, б.

Согласно эпюрам давлений можно построить расчетную схему фундамента, принимая эпюры давлений набухания, как эквивалентную нагрузку, действующую на фундамент над собственным весом сооружения (рис. 2, в и рис. 3, б).

Используя расчетную схему фундамента с эквивалентной нагрузкой Рн(г) можно написать дифференциальные уравнения деформирования фундаментной балки, т.е. прогиб балки У(х) с переменным коэффициентом жесткости основания к(х) на набухающих грунтах при увлажнении водой при Т = 40 °С. 80 °С и более, которые сводятся к решению

+ k(x)bY(x) = q(x) + k(x)bc(x — a)2

где Е1(х) — жесткость фундаментной балки; У(х) — прогиб балки; Ь — ширина балки; 5 = с(х — а)2 — поверхность основания фундамента при его набухании, принимаем, согласно уравнению по данным Р. Литтона; ц(х) — внешняя нагрузка от сооружения на фундамент, кН/м; контактное давление грунта от силы набухания грунта:

Р(х) = к(х)Ьс(х — а)2, (5)

где с — криволинейная траектория набухания основания, характеризуется показателем с = 10-2 м-1 = 0,01 м-1; а — расстояние от края балки до центра источника увлажнения; х — расстояние от начала балки до расчетной точки.

Решение уравнений (4) и (4′) известно из литературных источников [1.4], в которых применяются безразмерные величины.

Расчет фундамента на набухающих грунтах при увлажнении горячей водой можно выполнить на основе существующих методов и гипотез с учетом эквивалентных нагрузок от силы набухания грунтов основания и предусмотреть инженерные меры по защите сооружения.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горбунов-Посадов М.И. Соломин В.И. Расчет конструкций на упругом основании. -М.: Стройиздат, 1984. — 679 с.

2. Мустафаев А.А. Фундаменты на просадочных и набухающих грунтах. — М.: Высшая школа, 1989. — 590 с.

3. Самедов А.М., Гембарский Л.В. Математическое моделирование совместной работы фундаментов и оснований из набухающих грунтов / Материалы международной научно-техни-

ческой конференции V-Iubileuszowa Szkola Geomechaniki, Gliwice-Ustran, 16-19 Pazdziernika, 2001. — С. 115-124.

4. Сорочан Е.А. Строительство сооружений на набухающих грунтах. — М.: Стройиздат, 1974. — 340 с.

5. Флорин В.А. Основы механики грунтов. — М.: Госстройиздат, т. 1, 1959. — 357 с.

6. Winkler T. Die Lerne von der Elasticitat und Festigkett, 1867. — 218 p. EQ3

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Сницарь Марина Александровна — аспирант,

Самедов Ахмед Меджид огли — доктор технических наук, профессор, Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина, 03056, Киев, e-mail: [email protected].

ON CALCULATION OF FOUNDATIONS ON SWELLING SOIL WHEN MOISTENED WITH HOT WATER

Snitsar M.A., Graduate Student, e-mail: [email protected], Samedov A.M., Doctor of Technical Sciences, Professor, National Technical University of Ukraine «Kiev Polytechnic Institute», 03056, Kiev, Ukraine, e-mail: [email protected].

The problem of calculating the foundations of buildings on the swelling clay soils when wet with hot water. The values of contact pressure upon swelling PH(x) under the sole base facilities for moistening water T = 20°C and T = 40°C. 80°C. It is proposed to adopt diagrams swelling force when moistened in the form of a square parabola dome swelling and add to the load of its own weight structures as the equivalent load of contact pressures PJx).

The calculation of the foundation of the underground facilities identified the need to consider the reaction pressure of the swelling soil foundation for the construction of moisture during hot water.

Key words: swelling clays, the contact pressure under the sole power of the swelling, «swelling hills», the equivalent load factor bed, sealing pressure.

1. Gorbunov-Posadov M.I. Solomin V.I. Raschet konstruktsiy na uprugom osnovanii (Design calculation for structures on elastic foundations), Moscow, Stroyizdat, 1984, 679 p.

2. Mustafaev A.A. Fundamenty na prosadochnykh i nabukhayushchikh gruntakh (Foundations on collapsible and swelling soil), Moscow, Vysshaya shkola, 1989, 590 p.

3. Samedov A.M., Gembarskiy L.V. Materialy mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii V-Iubileuszowa Szkola Geomechaniki, Gliwice-Ustran, 16-19 Pazdziernika (Proceedings of International Scientific-Technical Conference V-Iubileuszowa Szkola Geomechaniki, Gliwice-Ustran, 16-19 Pazdziernika), 2001, pp. 115-124.

4. Sorochan E.A. Stroitel’stvo sooruzheniy na nabukhayushchikh gruntakh (Construction on swelling soil), Moscow, Stroyizdat, 1974, 340 p.

5. Florin V.A. Osnovy mekhaniki gruntov, t. 1 (Basics of soil mechanics, vol. 1), Moscow, Gosstroyizdat, 1959, 357 p.

6. Winkler T. Die Lerne von der Elasticitat und Festigkett, 1867, 218 p.

Строй-справка.ру

Фундаменты на набухающих и насыпных грунтах

Фундаменты на набухающих и насыпных грунтах

Набухающими называют пылевато-глинистые грунты, которые при замачивании водой увеличиваются в объеме.

Следует иметь в виду, что способность набухать имеют некоторые виды шлаков, а также не набухающие в обычных условиях пылевато-глинистые грунты, если они замачиваются отходами химических производств, в частности растворами серной кислоты. В набухающих грунтах возможен и обратный процесс — усадка или уменьшение объема при снижении влажности.

Набухание и усадка грунтов на строительной площадке возможны в результате следующих явлений: 1) подъема уровня подземных вод или инфильтрации (увлажнения поверхностными или производственными водами); 2) накопления влаги в ограниченной по глубине зоне под сооружением в результате нарушения природных условий . испарения, возможного при застройке и асфальтировании городской территории (экранирование поверхности); 3) за счет изменения водно-теплового режима в верхней части зоны аэрации, происходящих в результате влияния сезонных климатических факторов; 4) за счет высыхания от воздействия тепловых источников (котельных, доменных печей, атомных, тепловых электростанций и др.).

При проектировании оснований и фундаментов на набухающих грунтах используют количественную характеристику, называемую относительным набуханием, значение которой находят из выражения.

Нижняя граница зоны набухания при инфильтрации влаги в грунт (рис. 13.5) Н„ принимается на глубине, где суммарное вертикальное напряжение aztot равно давлению набухания psw (минимальному напряжению, при котором набухание прекращается). При экранировании поверхности и изменении водно-теплового режима нижнюю, границу зоны набухания, а также нижнюю границу зоны усадки определяют по опытным данным, а при отсутствии по-,, следних принимают Hsw=HSk = 5 м.

Рис. 13.5. Схема расчета основания при подъеме набухающего грунта

Неравномерности поднятия или опускания фундаментов, возможные в результате набухания или усадки, суммируются с ожидаемыми неравномерностями осадок от действия внешних нагрузок. Если суммарные неравномерности превысят предельно допустимые, устанавливаемые нормами, необходимо предусматривать мероприятия по предотвращению возможного замачивания, аналогичные рассмотренным при наличии в основании лёссовых грунтов.

В некоторых случаях прибегают к предварительному замачиванию в пределах толщи набухающих грунтов, однако выполнение данного мероприятия осложняется медленным протеканием этого процесса. Для его ускорения иногда применяют вертикальные дрены.

Снижения интенсивности набухания удается добиться за счет максимального сокращения сроков работ по возведению фундаментов, используя при этом водонепроницаемые материалы и слабо фильтрующие обратные засыпки.

Иногда применяют компенсирующие песчаные подушки, позволяющие частично сглаживать неравномерное набухание грунта вследствие более раномерного распределения давления на большую площадь. Одновременно песчаные подушки способствуют сравнительно равномерному развитию набухания, обеспечивая отекание влаги с мест большего подъема набухшего грунта в пониженные зоны, где набухание замедлилось, тем самым автоматически регулируя развитие процесса набухания.

Исключить влияние неблагоприятных воздействий от набухания или усадки удается с помощью полной или частичной замены слоя набухающего грунта ненабухающим.

Использование свайных фундаментов с полной прорезкой слоев набухающих грунтов предотвращают вредное воздействие набухания, но не исключает его влияния на полы и конструкции, устраиваемые непосредственно на поверхности грунта. Набухание довольно часто приводит к поднятию полов первого этажа, поэтому для исключения этого явления полы рекомендуется устраивать по перекрытиям. Применение свайных фундаментов с частичной прорезкой толщи набухающих грунтов приводит к существенному уменьшению поднятия фундаментов в случае, если нижележащий слой набухающего грунта имеет небольшую мощность и загружен значительной нагрузкой от прорезаемой толщи.

При прорезке сваями набухающего грунта следует учитывать развитие сил трения по их боковым поверхностям. Если эти силы окажутся больше нагрузки, приходящейся на сваи, то фундамент может подняться, вызвав деформацию сооружения.

Рис. 13.6. Фундамент из буронабивных свай с уширенной пятой в условиях набухающих и испытывающих усадку грунтов: 1 — водонепроницаемая отмостка; 2 — ростверк; 3 — песок; 4 — набухающий или испытывающий усадку грунт; 5 — свая с уширением; 6 — ненабухающий грунт

Для полного исключения влияния возможных сезонных вертикальных колебаний поверхности грунта часто устраивают фундаменты из буронабивных свай с уширением (рис. 13.6). Заделка нижнего уширенного конца свай в ненабухающий грунт уменьшает вредное воздействие трения по боковой поверхности. Горизонтальное воздействие усадки и набухания устраняют с помощью обратной засыпки пазух песком и укладки в зоне подошвы ростверка продольной арматуры, воспринимающей горизонтальные поперечные разрывающие усилия.

Основания, сложенные насыпными грунтами, необходимо проектировать с учетом их неравномерной сжимаемости, значительной неоднородности по составу, возможности самоуплотнения, рсобен-Но при динамических воздействиях, изменения гидрогеологических условий, а Возможности разложения органических включений. Насыпные грунты из шлаков и глин следует рассчитывать с учетом возможности набухания при замачивании водой.

Модуль деформации насыпных грунтов, как правило, необходимо определять по результатам штамповых полевых испытаний, а неравномерность сжимаемости — по результатам лабораторных и полевых испытаний.

Расчетное сопротивление основания определяют по формуле (4.10) с помощью данных лабораторных исследований о значениях величин (рп и сп. Предварительные размеры фундаментов разрешается назначать в соответствии с условными расчетными сопротивлениями R0, определяемыми по табличным данным СНиПа для насыпных грунтов, имеющих I