книги / Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. Основания и фундаменты

(рис. 10.1C). В грунт с помощью молота специальной конструкции, обеспечивающего как забивку, так и из­ влечение, погружается полый сердечник в виде цельно-

Рис. 10.16. Вид копра Т-135 для устройства песчаных вертикальных дрен

ником, оставляемым в грунте, или инвентарным наконеч­ ником.

После погружения сердечника на проектную глу­ бину труба заполняется песком и затем извлекается из грунта. Выгрузка песка из трубы достигается давлением сжатого воздуха или другими способами.

Па поверхности вертикальных песчаных дрен уст­ раивается песчаная подушка. Комбинированная кон­ струкция дренажной системы (песчаная подушка и вер­ тикальные дрены) обеспечивает ускорение уплотнения загружаемого основания вследствие сокращения путей фильтрации воды, отжимаемой из пор грунта (рис. 10.17).

Вертикальные дрены наиболее эффективны для уско­ рения уплотнения аллювиальных отложений, например ленточных глин.

11есчаные дрены используются для обеспечения устой­ чивости путем ускорения процесса фильтрационной кон­ солидации при больших площадях загружения, как например земляных насыпей под железные и автомо­ бильные дороги, полы промышленных и других соору­ жений, для которых требуется стабилизация осадки в ко­ роткие сроки.

б) Данные для проектирования

Необходимое расстояние между дренами для прини­ маемых сроков консолидации устанавливается расчетом. Расчет песчаных дрен производится исходя из следующих допущений:

передаваемая нагрузка на основание первоначально воспринимается водой;

зона влияния каждой дрены принимается круговой; зона влияния находится под равномерной нагруз­

кой;

учитывается только фильтрационная консолидация. Степенью консолидации v называется отношение

тянутой стальной трубы диаметром 420—540 мм с тол­ щиной стенок 15—20 мм. Погружение трубы—сердечника может быть осуществлено также вибрированием, под-

Рис. 10.17. Схема устройства песчаных вертикальных дрен в основании насыпи

1 — насыпь; 2 — дренажная песчаная подушка; 3 — вертикаль­

ные дрены. Стрелками показано движение отжимаемой воды из основания в песчаные дрены и песчаную подушку. Стрелками по­ казано движение отжимаемой воды из основания в песчаные дрены и песчаную подушку

мывом и др. Чтобы исключить попадание грунта внутрь трубы, сердечник снабжается железобетонным наконеч-

тах. В том случае, когда фильтрация происходит через вертикальные дрены и песчаную подушку, расчет полной степени консолидации на определенный момент времени производится исходя из следующих положений. Степень консолидации, происходящую за счет горизонтального движения воды через вертикальные дрены, обозначим vr. Степень консолидации, происходящую за счет вертикаль­ ного движения воды к поверхностному дренажу (к пес­ чаной подушке), обозначим о.. Общая степень консоли­ дации в любой момент времени определится из уравне­ ния, учитывающего трехмерное движение воды,

Т н и T v, называемых факторами времени соответственно для горизонтального и вертикального передвижения

где kv и /гЛ — коэффициенты фильтрации грунта соот­ ветственно в вертикальном и горизон­ тальном направлениях в см/сек\

е0 — коэффициент пористости грунта природ­ ного сложения;

Фактор бремени Ти и Г/,

Рис. 10.18. График для расчета вертикальных песчаных дрен

1 —- вертикальное движение воды в песчаную подушку; 2 — ра­

диальное движение воды в вертикальную песчаную подушку

перемятого грунта, оказывающая добавочное сопротив­ ление движению вытесняемой паровой воды к дрене. В последующем происходит некоторое заиление самой дрены за счет перемещенных водой глинистых частиц. В силу этих причин расчетный срок консолидации с по­ мощью вертикальных песчаных дрен следует увеличи­ вать на 10—15%.

При глубине залегания слабых водонасыщенных грун­ тов менее 12 м вертикальные дрены следует устраивать на весь слой слабых грунтов. При толщине слоя слабых водонасыщенных грунтов более 12 м глубина вертикаль­ ных дрен назначается в зависимости от ширины возво­ димого сооружения, нагрузки, свойств слабых грунтов и величины ожидаемой осадки. При ширине сооружения до 10 м глубину дрен можно принять равной величине сжимаемой толщи грунта в основании.

Поверх песчаных дрен для отвода дренирующей воды устраивается песчаная подушка, толщина которой при­

1 кг!смг на основание возводится на 12-метровой толще водонасыщенных ленточных глин. Глины подстилаются водонепроницаемым основанием. Требуется определить:

2 месяца при применении вертикальных песчаных дрен диаметром 30 см н расставленных через 12 м.

По данным лабораторных исследований ленточные

При фильтрации воды только через верхнюю поверх­ ность грунта для консолидации потребовалось бы время (в месяцах), равное

Tvy„aHa _

* МЧ-е„)

1 • 13 • 10~5 • 1200s • Tv

100 • 10-“ (1 + 1,5) (60 • 60 • 24 • 30)

Определим T v для двух месяцев

На рис. 10.18 этому значению соответствует степень консолидации vz = 29%, или vz — 0,29.

%Осадка через два месяца будет

St = 0,29 • 0,6 = 0,174 м — 17,4 см.

При расстановке песчаных дрен время (в месяцах), требуемое для консолидации, при горизонтальном дви­ жении воды из основания в вертикальную песчаную дрену равно

Общую степень консолидации находим из уравнения

I — v = (I-о ,.) (1 —V,) = (1—0,56) (1—0,29).

Если песчаные дрены, изготовленные с помощью забивных сердечников, т. е, с уплотненной зоной, раз­ мещены настолько часто, что уплотненные зоны сопри­ касаются между собой, дрены называются песчаными сваями. Последние по условиям работы существенно отличаются от набивных бетонных или других жестких свай. Песчаная свая воспринимает нагрузку совместно с окружающим его уплотненным грунтом. Деформация сваи и смежного уплотненного грунта будет одинакова.

где е„ — коэффициент пористости грунта природного сложения;

еуп — коэффициент пористости грунта после его уплотнения — расчетный коэффициент пори­ стости.

При отсутствии данных определения объемного веса водонасыщенного грунта по образцам, отобранным из скважины с практически ненарушенной структурой (грунтоносами), в0 находят по значению весовой влаж­ ности

W \

(10.17)

~YB • 100 ’

где YB — удельный вес воды.

За расчетное значение коэффициента пористости еуп уплотняемого песчаного грунта принимается то его зна­ чение, при котором степень плотности D составляет 0,7—0,8. Это значение можно найти по формуле

р — 1,0 кг!см} по результатам испытаний образцов при­ родного сложения и влажности в компрессионных при­ борах. Приближенное значение еуп определяется по формуле

Ширина уплотняемого основания должна превы­ шать ширину фундамента на величину 0,2 а. Площадь уплотняемого основания вычисляем по формуле (10,12).

Отношение площади сечения песчаных свай Гсв к площади уплотняемого основания F0 определяется по формуле

QFо ( 10.21)

Рис. 10.19. График для расчета песчаных свай

кальку, на которой вычерчена в том же масштабе проек­ ция фундамента с уплотняемой полосой по его пери­ метру. Перемещая кальку по указанной сетке, легко установить оптимальное размещение песчаных свай в уп­ лотняемом основании.

Эффект глубинного уплотнения обеспечивается лишь в том случае, когда в полученную скважину засыпается с уплотнением необходимое количество песка по весу для достижения проектного значения плотности грунта. Необходимый вес песка на 1 пог. м песчаной сваи опре­ деляется по формуле

U/j — весовая влажность материала во время произ­ водства работ.

Глубина уплотнения принимается равной сжимаемой толще грунтов основания, но не менее цвух ширин фун­ дамента для прямоугольных фундаментов и трех-четы­ рех — для ленточных.

По данным опыта, величина расчетного сопротивле­ ния основания уплотненного илистого или глинистого грунта может быть принята в интервале от 2 до 3 кг/смг. В ответственных случаях значения модуля сжимаемости

уплотненного грунта и величина расчетного сопротивле­ ния основания устанавливаются на основании проведе­ ния опытного уплотнения с последующими испытаниями пробными нагрузками. Испытания проводятся опытными фундаментами возможно большего размера (не менее 4 .и'2).

в) Производство работ

Производство работ по глубинному уплотнению сла­ бых грунтов песчаными сваями отличается следующими особенностями:

1) инвентарные сваи для глубинного уплотнения изготавливаются из труб диаметром 500 мм, во всяком случае не менее 420 мм. Трубы снабжаются инвентарными башмаками любой конструкции, обеспечивающими вы­ грузку песка при извлечении инвентарной сваи;

2)лесок для заполнения скважин должен быть одно­ родным по крупности частиц, средним или крупным; содержание глинистых и пылеватых частиц в песке не должно превышать 5%;

3)погружение инвентарных свай может проводиться любыми механизмами: внброкопром, используемым для частотрамбованных бетонных свай; вибропогружателями

любой конструкции, обеспечивающими погружение и извлечение инвентарных свай; копром типа Франки и другим оборудованием;

4)при производстве работ необходимо принимать меры по исключению застревания песка в обсадной трубе при ее подъеме (повышать влажность песка с последую­ щей откачкой избыточной воды, использовать сжатый воздух или другими способами);

5)засыпаемый в скважины песок должен быть уплот­ нен. Способ уплотнения (например, повторными погру­

жениями инвентарной сваи или сжатым воздухом) уста­ навливается проектом;

6) уплотняется основание от периметра к центру; при большом количестве песчаных свай уплотнение про­ изводится через один ряд: в начале 1-й и 3-й ряды по ли­ нии движения копра, а затем — 2-й н т. д.;

7) в зимних условиях необходимо принять меры к исключению смерзания песка в отдельные комья.

В. П Е С Ч АН Ы Г . П О Д У Ш К И

Песчаные подушки позволяют:

1)уменьшить глубину заложения фундаментов;

2)снизить давление от здания или сооружения на

сильно сжимаемый естественный грунт до величины, которая может быть воспринята этим основанием;

3) обеспечить практически равномерную осадку со­ оружений и быструю ее стабилизацию за счет направле­ ния вытесняемой грунтовой воды по кратчайшему пути в песчапу.о подушку.

а) Применение песчаных подушек для замены слабого грунта

Если на участке, отведенном под строительство, с по­ верхности залегают силышсжимаемые грунты органиче­ ского происхождения или насыпные грунты, то вместо заложения ленточных фундаментов на значительную глубину иногда экономичнее заменить такие грунты пес­ чаной подушкой. Размеры последней устанавливаются из условия возможности передачи давления на естест­ венный грунт. Толщина подушки для ленточного фунда­ мента (рис. 10.20) определяется из уравнения

где R u — нормативное сопротивление грунта у подошвы подушки в кг/см-;

Ря — нагрузка, передаваемая фундаментом на пес­ чаную подушку, в кг/пог. см;

Ь — ширина ленточного фундамента в см;

Yo — объемный вес песка в теле подушки в кг/см3- Ф — угол внутреннего трения песка;

d — высота подушки в см.

Размеры основания песчаной подушки принимаются из условия, чтобы давление от фундамента сооружения

Рис. 10.20. Схема для расчета песчаной подушки

и веса песчаной подушки, передаваемое на грунты, под­ стилающие песчаную подушку, было бы ие больше нор­ мативного сопротивления этих грунтов и была бы обес­ печена устойчивость основания.

Песчаные подушки следует запроектировать такой толщины, чтобы осадка песчаной подушки и осадка нижележащих грунтов сжимаемой толщи были бы меньше предельной величины осадки для фундаментов данного сооружения.

Методы возведения песчаных подушек должны обес­ печить плотность песка, при которой практически исклю­ чаются недопустимые осадки фундаментов. При устрой­ стве подушки несколько выше уровня грунтовых вод песок укладывается слоями в 15—20 см с уплотнением каждого слоя укаткой или трамбованием или на всю высоту с гидровиброуплотнением до плотности 1,65— 1,7 т/м3. Если песок укладывается в сухом котловане, а уплотнение его производится катками или трамбую­ щими механизмами, рекомендуется песок после укладки каждого слоя поливать водой.

Для песчаных подушек желательно применять среднезернистый или крупнозернистый песок.

б) Укладка песчаных подушек по методу вытеснения слабого грунта

Устройство песчаных подушек для сооружении, име­ ющих большую длину (насыпи железнодорожных путей, автодорог, дамб и т. п.), на слабых водонасыщенных глинистых грунтах, находящихся в текучем состоянии, толщиной до 6 м производится методом вытеснения сла­ бых грунтов. Этот метод состоит в следующем: на застраи­ ваемом участке возводится насыпь высотой 5—6 м выше проектной отметки основания. Под действием собствен­ ного веса насыпи слабый грунт вытесняется в стороны. Для преодоления сопротивления в толще подстилающих грунтов иногда производят взрывы.

При небольшой толщине вытесняемого слоя (до 3—4,0 м) количество материала, требуемого для такой насыпи, может быть достаточно точно вычислено исходя из геометрического объема вытесняемого грунта.

Когда участок сложен слоистыми отложениями с прослойками глины мягкопластичной или текучей консистенции, необходимо применять меры против рас­ ползания насыпи.

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При устройстве фундаментов сваи применяются в тех случаях, когда непосредственно под сооружением зале­ гают грунты, не способные выдержать нагрузку от соору­ жения, или когда использование свай дает возможность получить экономически наиболее выгодное решение.

Проект свайных фундаментов входит составной ча­ стью н общий проект здания или сооружения и должен разрабатываться по данным:

технического проекта или рабочих чертежей здания (или сооружения),

инженерно-геологических и гидрогеологических изы­ сканий и исследований грунтов. 1

Проект свайных фундаментов должен включать:

1) план участка с указанием габаритов приближе­ ния и отметок заложения фундаментов смежных зданий

исооружений, а также всех подземных коммуникаций;

2)план свайных фундаментов с указанием размеще­ ния спай;

3)продольные и поперечные разрезы свайных фундаментон с указанием в разрезах геологического строения участка;

4)конструктивные чертежи свай и ростверков;

5)пояснительную записку, содержащую характери­ стику геологических и гидрогеологических условий строи­ тельства, данные физико-механических испытаний грун­

тов, результаты химического анализа грунтовых вод, расчеты и обоснования выбора типа свай и свайных фундаментов и данные испытаний свай пробными нагруз­ ками по ГОСТ 5686—51 (Сваи пробные. Методы испыта­ ний).

§ 2. КОНСТРУКЦИИ СВАЙ,

ИХ ХАРАКТЕРИСТИКА и ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Количество всех известных видов и разновидностей констру кций спай весьма велико. Однако в отечественном строительстве применяются сваи лишь аравпительно не­ большою числа конструктивных видов, оказавшихся наиболее рациональными и оправдавших себя на прак­ тике; их описание, характеристика и область применения приводятся ниже.

А. ЗАБИВНЫЕ СВАИ

а) Деревянные сваи

Деревянные сваи широко распространены и исполь­ зуются во всех отраслях строительства, главным образом в слабых грунтах при малых и средних расчетных нагруз­ ках (до 50 т на одну сваю). Обычным условием, опреде­ ляющим возможность применения деревянных свай, яв­ ляется необходимость погружения голов ниже наинизшего уровня грунтовых вод; при этом должны учиты­ ваться сезонные колебания этого уровня, а также воз­ можность его понижения при тех или иных технических мероприятиях. 1

Для погружения деревянных свай могут служить механические и паровоздушные молоты одиночного дей­ ствия, дизель-молоты, паровоздушные молоты двойного действия, вибромолоты и вибропогружатели — оборудо­ вание, имеющееся в большом количестве и в широком ассортименте в наших строительных организациях. Вследствие этого область применения деревянных свай производственными возможностями практически не огра­ ничивается. Деревянные сваи и элементы деревянного ростверка изготавливаются из лесоматериалов хвойных пород, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 9463—60 (Лесоматериалы круглых хвойных пород. Размеры и тех­ нические требования) и 8486—57 (Пиломатериалы хвой­ ных пород). В виде исключения допускается применение дуба — в тех случаях, когда снабжение лесоматериалами производится из местных лесных насаждений, а доставка бревен хвойных пород нецелесообразна.

Влажность древесины, применяемой для свай, не ограничивается. Влажность пиломатериалов, используе­ мых для изготовления клееных свай, не должна превы­ шать 18%, ростверки же производятся из обычной дре­ весины и такого ограничения не имеют.

В табл. 11.1 приведен наиболее употребительный сор­ тамент свайного леса по ГОСТ 9463—60.

Деревянные сваи бывают одиночные (из одного бре­ вна), составные по длине и пакетные. Диаметр бревен для одиночных и составных по длине в тонком конце должен быть не менее 18 см, а для пакетных — не менее 16 см.

Объем в мЛ при толщине свай в верхнем Длина отрубе (без коры) в см

сван в м

Перед забивкой свай необходимо вершину дерева заострить в виде трехили четырехгранной пирамиды (рис. 11.1). При забивке свай в плотные грунты и грунты, имеющие твердые прослойки и включе­ ния, надевают металлический башмак.

В этом случае заострение конца сваи де­ лают в виде трехгранной пирамиды. Кон­ струкции наиболее распространенных ти­ пов башмаков показаны на рис. 11,2, а. В слабые однородные грунты сваи могут забиваться без заострения — тупым пло-

сваи обрабатывается в зависимости от конструкции применяемого наголовника (рис. 11.2, в и г).

В целях обеспечения правильной за­ бивки верх сваи срезается строго перпен­ дикулярно к продольной оси. Составные сваи (не более чем из двух бревен) при­

6)меняются при отсутствии на строитель­ стве длинного леса. Наиболее распростра­ ненные и часто применяемые стыки таких свай показаны на рис. 11.3, При забивке

вслабые и весьма слабые глинистые и

В)

т

Н п _ 1

Рис. 11.2. Конструктивные детали при обра­ ботке головы и острия сваи

а — конструкции стальных башмаков; б — конструк­ ция бугеля; в — обработка голов деревянных свай при погружении их высокочастотными вибраторами; г — то же, при погружении низкочастотными вибраторами

К недостаткам деревянных свай относится малый срок службы при расположении их в зоне переменной влажности н повреждаемость морскими древоточцами,

Рис. 11.4. Конструкции местных уширений деревянных свай

а. — для слабых глинисты х и илистых грун­ тов; б — для весьма слабых глинисты х и илистых грунтов

но эти недостатки могут быть в значительной мере уст­ ранены путем применения соответствующих составов для пропитки,

В качестве профилактических мер от вышеуказанных причин следует рекомендовать различные антисептиче­ ские средства. Особенно эффективна пропитка дерева под давлением масляными антисептиками.

б) Железобетонные сваи

Железобетонные забивные сваи представляют наи­ более универсальный и широко распространенный вид свай, используемый во всех областях строительства в лю­ бых грунтах, в которых возможно их погружение, при расчетных нагрузках на одну сваю до 250—300 т. Для погружения железобетонных свай применяются меха­ нические и паровоздушные молоты одиночного действия, дизель-молоты, вибропогружатели и вибромолоты.

П р и з м а т и ч е с к и е с в а и с о с т р и е м . Одним из наиболее распространенных видов призматиче­ ских железобетонных свай являются сваи сплошного квадратного сечения (рис. 11.5). В настоящее время такие сваи изготавливаются из обычного или предварительно напряженного железобетона. Они применяются размером сечения от 200X200 до 400X400 мм, длиной от 3 до 24 м,

синтервалом длины в 0,5 м для свай длиной от 3 до 6 ж

ис интервалом длины в 1 м для свай от 6 до 24 м.

Ненапряженные сваи выпускаются длиной от 3 до 16 м, а преднапряженные — длиной от 17 м и более. Изготовление ненапряженных и преднапряженных свай может производиться как на открытых полигонах, так и на специальных стендах, оборудованных пропароч­ ными камерами.

Прочность свай, работающих на осевую симметрич­ ную нагрузку, должна быть достаточной для восприятия изгибающих усилий, возникающих при выемке из про­ парочных камер, транспортировке и подъеме на копер. Подъем из камер и укладка всех видов свай производится с помощью траверсы по схеме, представленной на рис. 11.6, а, а подъем на копер — по схеме на рис. 11.6, б.

При необходимости передать выдергивающую или поперечную нагрузку следует проверять прочность свай расчетом также и на эти виды нагрузок.

Номенклатура ненапряженных свай и их основные характеристики по ГОСТ 10628—63 приведены в табл. 11.2.

Армирование свай принято: продольная (рабочая) арматура, выполняемая по расчету, из стержневой горя­ чекатаной арматурной стали периодического профиля диаметром от 12 до 22 мм класса А-П, а попереч­ ная арматура (спираль, сетки в голове свай и петли) — из обыкновенной арматурной проволоки класса A-I диа­ метром 5 —6 мм. Допуски и длина, сечение, защитный слой и др. принимаются по СНиП 1-Б. 3-62.

В грунтах слабых и средней плотности целесообразно применять призматические сваи тех же размеров, но

скруглой полостью, что более экономично. Кроме того,

вслабых грунтах можно применять сваи без заостре­ ния — с тупым концом. Весьма эффективными призмати­

ческими сваями в слабых грунтах могут оказаться сваи с местными уширениями, устраиваемые при бетонирова­ нии в нижней части [11J. Указанные уширения разме­ щаются в зависимости от расположения плотных слоев грунта и повышают несущую способность призматических свай в 1,5—2 раза.

Рис. 11.7. Схема сборной железобетонной трубча­ той сваи

1 — промежуточная секция;

2 — ножевая секция; 3 — фла­ нец; 4 — продольная армату­ ра; 5 — спиральная арматура

имеется специальное оборудование для их индустриаль­ ного изготовления. В настоящее время трубчатые сваи изготавливаются центрифугированием, вибрированием и радиальным уплотнением.

Эти способы позволяют получать плотный бетон марки 400 и выше. Трубчатые сваи с острием, цельные или составные, изготовляются с наружным диаметром 400, 500, 600 мм, причем толщина стенки принимается не менее 80 мм.

На рис. 11.7 изображена сборная железобетонная центрифугированная свая наружным диаметром от 400 до 500 мм. Секции сваи заканчиваются металлическими фланцами с отверстиями для болтов. К фланцам привари­ вается продольная арматура. Свая имеет закрытый кони­

ческий наконечник с отверстием для осуществления под­ мыва.