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

о -—допускаемое напряжение для материала, из которого изготовлен колодец.

Колодцы, опускаемые без водоотлива и заполняе­ мые бетоном не на всю высоту, например с устройством только водонепроницаемого днища, должны также рас­ считываться и на давление воды, которое возникает после ее откачки из колодца. Для бетонных колодцев толщина стен, найденная по формуле Лямэ, недостаточна для того, чтобы они могли погружаться под действием собственного веса. В таких случаях толщину стен уве­ личивают против расчетной, исходя из условия, чтобы их вес был в 1 ,6 —1 , 8 раза больше расчетных сил трения.

Собственный вес колодца при работах без водоот­ лива определяется за вычетом веса вытесненной им воды.

При погружении колодца в нем могут возникнуть значительные растягивающие напряжения вследствие возможного перекоса, а также в связи с тем, что верхняя часть может быть зажата в грунте, а нижняя при подборке из нее грунта — оказаться навесу. Для таких случаев устанавливается арматура из продольных вертикальных стержней, связанных между собой по высоте поперечными кольцевыми стержнями или спиралью из них. Продоль­

подобран. Здесь консоль рассчитывается на полное актив­ ное давление грунта и давление воды, действующие на

случае консоль рассчитывается на действие пассивного давления грунта, находящегося внутри оболочки, дей­

Прямоугольник с полукруглыми торцовыми стен­ ками (рис. 13.19).

Максимальные расчетные изгибающие моменты и продольные силы для сечений а и с определяются по

Толщину стен подбирают при невыгоднейшей ком­ бинации изгибающих моментов и продольных сил. В це­

верхний ( ~ 0,40 Н) — в половинном размере против нижнего. Вертикальная арматура ставится согласно расчету на разрыв.

Если стены колодца до начала опускания его в грунт изготавливаются не сразу на всю высоту, то нижнюю секцию следует рассчитывать на изгиб в процессе снятия с подкладок. Стены колодца, входящие в состав ограж­ дающей конструкции подземного сооружения, которые будут служить опорой для перекрытий, подкрановых путей, частей оборудования и пр., должны быть рассчи­ таны на действие соответствующих эксплуатационных нагрузок.

В сборных конструкциях колодцев, кроме общих усилий (М, N и Q) в стенах, должны быть найдены ме­ стные усилия в стенках двухпустотных блоков. Их можно вычислять следующим образом (рис. 13.20): нулевые точки моментов принимаются расположенными посредине дли­ ны панели; тогда местные моменты в узлах на концах наружной н внутренней продольных стенок и местные

поперечные силы в них будут равны

а на концах поперечных стенок

о - о - у .

где / — длина ячейки двухпустотного блока.

:

(

§ 8. СВЕДЕНИЯ О НЕКОТОРЫХ ОСОБЕННОСТЯХ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

а) Гравитационные (массивные) колодцы

Массивные опускные колодцы, так же как и кес­ сонные камеры, изготавливаются на подкладках. При устройстве колодцев на суше для уменьшения их высоты предварительно отрывается котлован, дно которого должно находится выше уровня грунтовых вод примерно на 0,50 м. При опускании колодца на местности, покры­ той водой, устраиваются подмости или искусственные островки.

Разработка и извлечение грунта без водоотлива производится с помощью или грейфера, подвешенного к стреле крана, установленного у колодца, или гидро­ элеватора (см. рис. 13.10). Для облегчения разработки в колодец опускается трубка, через которую под боль­ шим напором накачивается вода, размывающая грунт в забое.

Для того чтобы наплыв грунта в колодец был исклю­ чен, уровень воды в нем должен поддерживаться на уров-

Рис. 13.20. Схема для определения местных усилий в двухпустотных блоках сборных колодцев

Нормальные силы в продольных стенках блоков определяются по формуле

Нормальными усилиями в поперечных стенках мож­ но пренебречь.

в) Расчет стенок колодцев-оболочек

Толщина стенки железобетонных колодцев-оболочек задается минимальной исходя из необходимости обеспе­ чения жесткости и прочности на время погружения в грунт:

Площадь f„ сечения всех стержней продольной ар­ матуры колодца-оболочки ( в см2) определяется по фор­ муле

Л “ т е г - <Ш 2>

где Ра — величина возмущающей силы по паспорту виб­ ропогружателя в кг;

R a — расчетное сопротивление арматуры в кг/см2. Если по расчету на действие эксплуатационных на­ грузок требуется больше арматуры, чем дает формула (13.22), то количество стержней и площадь стержней соответственно увеличиваются. Если по этому же расчету не требуется постановки двойной арматуры, продольную арматуру целесообразно устанавливать в один ряд по оси стенки колодца. Поперечная арматура устраивается спиральной в колодцах-оболочках, собираемых из моно­ литных звеньев, и кольцевой— в колодцах панельного

типа.

Диаметр стержней поперечной арматуры в зависи­ мости от диаметра колодца принимается равным 6 — 10 мм, шаг стержней — 150-1-200 мм.

Рис. 13.21. Устройство для погру­ жения оболочки опускного колодца подмывом

не воды вне его. Когда уровень воды в колодце пони­ жается вследствие захвата ее грейфером или гидро­ элеватором, немедленно производится долив воды в ко­ лодец.

При погружении массивного колодца может слу­ читься, что силы трения между грунтом и наружной поверхностью окажутся столь большими, что вес колодца не сможет преодолевать их и колодец перестанет погру­ жаться. Поэтому при изготовлении колодца следует предусматривать подмыв грунта у внешней поверхности стен. Для этого в них заделывается трубопровод, к ко­ торому присоединены несколько равномерно расстав­ ленных по периметру трубок (рис. 13.21). В трубки под большим напором (15—20 am) нагнетается вода. Можно облегчить погружение колодца и путем укладки допол­ нительной нагрузки. Однако для больших колодцев устройство дополнительной нагрузки дело очень слож­ ное, а сама нагрузка весьма затрудняет разработку грунта в оболочке.

В последние годы за рубежом для снижения трения стенок опускных колодцев о грунт и уменьшения за этот счет их веса широко применяется нагнетание за стенки глинистых растворов. Подробные сведения об этом способе можно найти в работе [15].

Заполнение колодца бетоном при устройстве его без водоотлива производится подводным бетонированием по методу восходящего раствора или вертикально пере­ мещающейся трубы (ВПТ).

На рис. 13.22 приведена схема работ по заполнению опускного колодца подводным бетонированием методом восходящего раствора. После того как колодец погру­ жен па проектную глубину, в него опускаются трубки (/)50—75 мм с воронками наверху для цементного рас­ твора. Затем в колодец загружается гравий или мелкий камень. Высота слоя гравия должна быть такой, чтобы

Рис. 13.22. Схема работ по заполнению оболочки опускного колодца подводным бетонированием

образовавшееся бетонное днище колодца могло затем при осушенном колодце противостоять гидростатиче­ скому напору грунтовых вод. По мере нагнетания раст­ вора трубки постепенно поднимаются вверх с таким расчетом, чтобы их низ в течение всего процесса нагнета­ ния находился не менее чем на 0,5 м ниже уровня цемент­ ного раствора.

Бетонирование должно выполняться по всей пло­ щади колодца; при наличии внутренних перегородок бетонирование можно вести отдельными отсеками, огра­ ниченными перегородками.

После заполнения наброски цементным раствором образовавшийся бетонный массив выдерживается до приобретения бетоном заданной проектной прочности.

Затем вода из колодца откачивается, и дальнейшие работы ведутся уже насухо.

Для приготовления цементного раствора вблизи колодца или непосредственно на нем устанавливается

каться средствами гидромеханизации (например, при помощи гидроэлеваторов), которые рационально при­ меняются в несвязных или слабосвязных грунтах, или при помощи грейферов.

Для погружения колодцев-оболочек в настоящее время используются вибропогружатели, характеристика которых приводится в табл. 13.2.

Т а б л и ц а 13.2

Характеристика вибропогружателей

§ 1. ПРИЧИНЫ РАЗВИТИЯ НЕРАВНОМЕРНЫХ ОСАДОК ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

В общем случае осадка здания или сооружения S слагается из трех составляющих, каждая из которых вызывается различными причинами:

•S — ^уплотнения Н- ^вспучивания 4~ ^разрушения- О ^Л )

Значения отдельных слагаемых и причины, приводя­ щие к их развитию, указаны в табл. 14.1. В настоящей главе не рассматривается просадка фундаментов, вызы­ ваемая оттаиванием (см. гл. 16), замачиванием макро­ пористых грунтов (см. гл. 15), подвижкой верхних слоев

в процессе строительства и эксплуатации сооружений. Причины, перечисленные в табл. 14.1, как правило, приводят к неравномерной осадке фундаментов. При действии нескольких причин в некоторых случаях воз­ можно взаимное выравнивание неравномерности осадки. Несущие конструкции сооружений различной жест­ кости и прочности неодинаково чувствительны к раз­ витию неравномерных осадок. Очень гибкие сооружения, следуя в каждой точке за перемещением поверхности грунта, получают искривления. Очень жесткие сооруже­ ния при надлежащей прочности несущих конструкций не могут изгибаться и выравнивают осадки поверхности основания, приводя к перераспределению давления по подошве фундаментов. В тех местах, где сжимаемость основания оказывается меньше, концентрируется давле­ ние. Наоборот, в местах наибольшей сжимаемости осно­ вания давление уменьшается. При несимметричной сжи­ маемости основания наблюдается наклон сооружения —

крен.

Большая часть зданий и сооружений обладает ко­ нечной жесткостью. Поэтому, если основание под зда­ нием или сооружением неоднородно по сжимаемости, наблюдается частичное выравнивание осадок фундамен­ тов и одновременно перераспределение давления по их подошве, вызывающее концентрацию давления на уча­ стках фундаментов, под которыми основание обладает меньшей податливостью. Это приводит к возникновению дополнительных усилий в фундаментах и несущих кон­

струкциях зданий и сооружений. Если конструкции по прочности неспособны воспринять дополнительные уси­ лия, то в них появляются трещины. В местах, где обра­ зуются трещины, жесткость конструкций резко умень­ шается. Это приводит к возможности развития неравно­ мерных осадок, которые при сохранении жесткости несущих конструкций были бы в значительной степени выровнены, а также к уменьшению концентрации дав­ ления по подошве фундамента над менее податливыми участками основания. Последнее сопровождается умень­ шением дополнительных усилий в конструкциях, возни­ кающих вследствие неравномерной податливости основа­ ния.

Величина и характер перераспределения давления по подошве фундаментов при большой изменчивости деформативных характеристик грунтов основания за­ висит от ряда факторов:

1 ) размеров сооружения и распределения давления в плане;

2 ) соотношения жесткостей сооружения и основа­

ния;

3) характера изменчивости деформативных харак­ теристик грунтов основания по площади застройки; 4) соотношения скорости возведения сооружения и увеличения его жесткости во времени — с одной стороны

иразвития осадок и их неравномерностей во времени —

сдругой.

Весьма важно хотя бы ориентировочно оценить ве­ роятное перераспределение давления по подошве фун­ даментов и возникающие при этом в конструкции допол­ нительные усилия.

Вследствие сложности расчета с требуемой точностью осадок всех точек проектируемого сооружения и реак­ тивных усилий, перераспределенных по подошве фун­ даментов, обычно ограничиваются конструктивными ме­ роприятиями, направленными на снижение влияния на несущие конструкции зданий и сооружений неравно­ мерностей осадок.

В условиях малой неоднородности по сжимаемости основания и исключения нарушения структуры грунта при производстве работ можно не опасаться развития значительной неравномерности осадок и достаточно опре­ делить расчетом только величину средней осадки. Малая неоднородность по сжимаемости основания в пределах площади здания или сооружения считается в том случае.

если выполняется одно из условий:

где £ макс н /Гм,ш — максимальный и минимальный мо­ дули деформации грунтов, непосредственно залегающих под подошвой фундаментов.

При большой неоднородности по сжимаемости осно­ вания необходимо учитывать разность осадок и крены фундаментов, которые не должны превосходить предель­ ных величин, установленных СНиП или специальными обоснованиями. Меры по уменьшению ожидаемой не­ равномерности осадки следующие:

1 ) устройство фундаментов с различной глубиной их заложения, при этом под подошвой оставляется сильносжимаемый слой грунта одинаковой мощности (рис. 14.1); 2 ) применение более широких фундаментов с мень­ шим давлением по подошве, где ожидаются большие

осадки;

Рис. 14.1. Уменьшение неравномерности осадки за счет различного заглубления фундамента

1 ~ фундамент продольной стены; 2 — сильносжимаемый грунт; S — подстилающий хороший грунт

4) уплотнение верхней части слоя слабого грунта или частичная замена его на песчаную или иную подушку в соответствии с указаниями, изложенными в гл. 1 0 ; 5) устройство более глубоких подвалов в части зда­ ния, осадка которой ожидается больше соседних частей;

§ 2. ВОЗМОЖНЫЕ ФОРМЫ ДЕФОРМАЦИИ ПРОЕКТИРУЕМЫХ СООРУЖЕНИЙ И КОНСТРУК­ ТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

В зависимости от жесткости сооружения и характера развития неравномерных осадок различают следующие формы деформаций сооружений совместно с основанием:

1 ) крен, когда вертикальная ось жесткого сооруже­

2 ) прогиб при большем развитии осадки в средней части сооружения по сравнению с его торцами или наруж­ ными стенами (рис. 14.2, б);

3)перегиб (по терминологии СНиП 11-Б. 1-62) в слу­ чае обратной деформации (рис. 14.2, «);

4)перекос, когда резкая неравномерность осадки

развивается на коротком участке по длине сооружения (рис. 14.2, с).

Т а б л и ц а 14.2

Если расчетные значения осадки и их неравномер­ ность больше предельных, установленных нормами, то

Рис. 14.2. Формы деформаций сооружений

а— крен; 6 — прогиб; в — перегиб (выгиб); г — перекос

взависимости от ожидаемой формы деформации здания или сооружения и характера несущих конструкций

возможности заполнения шва раствором целесообразно протаскивать вверх специальный шаблон.

§ 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЯСОВ АРМИРОВАНИЯ

Общепринято сечеиие арматуры поясов и размеще­ ние их в кладке фундаментов и стен назначать по кон­ структивным соображениям от 2 до 15 см2, чаще — от 5 до 10 см2. В ряде случаев необходимо сделать хотя бы прикидочный расчет армирования стен и выявления фак­ торов, влияющих на возникновение дополнительных усилий в кладке.

Такой наиболее простой метод расчета предложен Б. И. Далматовым |2,5]. Позднее более детальный расчет был разработан П. П. Шагиным [8 ]. По методу Далматова принимается, что в результате неодинаковой сжимаемости грунтов основания эпюра контактного давления вдоль фундамента равномерно загруженной стены имеет один из видов, изображенных на рис. 14.4. Случай а соответ­ ствует меньшей податливости грунтов под средней частью стены (перегиб), случай б — под крайними частями (прогиб). Для случая а после исключения уравновешен­ ных частей распределенных по подошве напряжений

получим расчетную эпюру, изображенную на рис. 14.4, в. В этом случае величину интенсивности неуравновешен-

Рис. 14.4. Эпюры реактивных давлений при неравномерной податливости грунтов основания

ного давления р и сечение арматуры ЕЛ определяют по формулам;

между осадочными швами) к ее рабочей высоте Я;

Ь— толщина стены с учетом ее ослабления проемами;

Яа — расчетное сопротивление арматуры;

Фе — характеристика ползучести;

AS — относительная неравномерность податли­ вости основания, определяемая как отноше­ ние разности между максимальной и мини­ мальной осадками к половине длины рассчи­ тываемого участка стены,

п — доля неравномерности осадок, нарастающих в период возведения зданий и твердения раствора;

Yoh — природное давление на отметке подошвы фун­ дамента в кг/см2,

откуда найдем величину главных растягивающих напряжений, которая должна быть меньше прочности

—2 , 0 кг/см2, ожидаемая осадка S — 16 см. Тогда

что допустимо.

Аналогично определяется арматура поясов в фун­ даментах в случае прогиба стены, т. е. действия эпюры, изображенной на рис. 14.4, 6. Учитывая, что деформа­ ция растяжения фундамента будет оказывать сопротив­ ление трению по подошве фундамента, можно количество требуемой по расчету арматуры в нижнем поясе умень­ шить на 30%.

Более подробно приемы расчета арматуры рассмот­ рены в работах [2, 5 и 8 ].

§ 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА НАСЫПНЫХ ГРУНТАХ

К насыпным грунтам, называемым иногда «культур­ ным слоем», относятся: перекопанные грунты, отвалы различных грунтов от строительных котлованов, под­ земных проходок, вскрышных работ, отвалы отходов различных производств, свалки всевозможных материа­ лов и т. п.

Характерными особенностями их по сравнению с есте­ ственными грунтами являются часто встречающиеся малая плотность и неоднородность состава и сложения, повышенное содержание органических включений, неза­ вершенность осадки от собственного веса и ипфильтрующейся воды и другие. В связи с этим насыпные грунты обычно обладают большой и неравномерной сжимае­

мостью.

В зависимости от способа образования насыпные

оружения и планировочные насыпи, возведенные с уплот­ нением по заранее разработанному проекту. Характер­ ными особенностями их являются практически однород­ ный состав и сложение, сравнительно высокая плот­ ность и относительно равномерная сжимаемость.

О т в а л ы представляют собой отсыпки без орга­ низованного уплотнения грунтов или отходов промыш­ ленности: шлаков, золы, формовочной земли, отходов обогатительных фабрик и т. п. Характерными особенно­ стями их являются более или менее однородный состав, хотя плотность и сжимаемость в различных местах могут обладать большой изменчивостью. К отвалам относятся также отсыпки, производимые при планировке террито­ рии, если при этом грунт не подвергается организован­

ному уплотнению.

При содержании в отвалах органических включений более 5% насыпные грунты следует относить к свалкам. Наличие различных материалов в виде включений мало сказывается на осадках зданий, если объем включений невелик по сравнению с объемом напряженной зоны. Модуль деформации насыпных грунтов как по абсолют­ ной величине, так и степени неравномерности изменяется в широких пределах и зависит преимущественно от одно­ родности состава и сложения, способа отсыпки, вида материала, составляющего основную часть насыпи, и давности отсыпки. Модули деформации некоторых видов насыпных грунтов приведены в табл. 14.3, которые реко­ мендуется использовать для предварительной оценки сжимаемости насыпных грунтов аналогичного состава,

уплотнения от собственного веса и инфильтрации воды закончился, и н е с л е ж а в ш и е с я , в которых про­ цесс самоуплотнения не закончился. Время, необходимое для самоуплотнения насыпных грунтов в маловлажном и очень влажном состоянии от собственного веса, прини­ мается по табл. 14.4.

Инженерно-геологические изыскания при наличии насыпных грунтов, которые предполагается использо­ вать в качестве оснований сооружений, выполняются в со­ ответствии с рекомендациями, изложенными в § 3 гл. 2 .

Модуль деформации насыпных грунтов может быть значительно увеличен, а изменчивость его уменьшена путем применения различных способов подготовки осно­ ваний. Наиболее простыми из них и вместе с этим доста­ точно эффективными являются поверхностное уплот­ нение тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых подушек, а также гидровиброуплотпение, устройство