Яковлев П.И., Тюрин А.П., Фортученко Ю.А. Портовые гидротехнические сооружения

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5.13. Схема расчета несущей способности откоса

торой грунтовый массив будет находить-

ся в состоянии предельного равновесия.

Значение приведенного давления q

на грань OA и угол отклонения р дав-

ления q| от нормали к грани OA можно

найти из выражений:

|-.c*-ctg»<p4 2q[ cctg

фСОБ

pj I

q{ sin pi

~ ~: n—:—.

COS

pi §-c ctg q)

где %

—

заданное действительное давление на

грани OA, отклоняющееся от норма-

ли к линии OA на угол

—

удельное сцепление.

Займемся нахождением Щ при из-

вестном значении р

В случае отклонения ц

и q

по часо-

вой стрелке от внешней нормали к соот-

ветствующей грани углы pi и р

счита-

ются положительными, при отклонении

против часовой стрелки — отрицатель-

ными .

Кинематическая часть задачи. Она

сводится к построению поверхностей

скольжения и решается при помощи

следующих формул:

sin р.

I / л

V aresln—г-®

-; —(—

sin ф 2 \ 2

—р

- |ж |

s=90° —ф—Bj;

pr=90°4-Р—в,;

г\

— р,

I ф

;

sinp

1 / л

% arcsin —: ; — —ф— ,

sin ф 2 \ 2

— Ра

+ АлГ.

01 ф— е; 0

90° | Ра—

ШШ

§ I illlli 'нон 'нам? Щ|

В приведенных и последующих фор-

мулах угол Pi в случае поднимающегося

откоса OA считается положительным,

в случае падающего—отрицательным.

Учитывая, что откос OD падающий,

угол (i

представляется со знаком «—

Статическая часть задачи. Она сво-

дится к определению значения q

и мо-

жет быть решена путем использования

следующих расчетных формул:

Я* Я2у Ягя ;

ai cos (p

.4- ©) cos (йу+е—р«)

[

™ COS (Pi —P

fl/qCOS (8^4-t— Pi)

sin

(<* + *)

pf^ Sin (• + <»)

If|

;

sin со

~ 7/ i ITS

tg<p

sin tj cos (p* ! e) г

sin ij sin p

—1 i

2 cos ф

_ tg

ф —

sin* rye ,

§Щ 2 $ш2ф

. « Ш| 26 tg

sin*q sin ее *

Щ 2 cos ф si п до

sin (6,4- Pi—Pi)

^ sin в! j

(d+i) siflB*

j У «x

arc tg

ft/1

ct g в

Щ (d i i) (ctgOiH ctge,)};

tot

eos,i,

-tg W

f»«)

sin Ji,

;

n sin 6]

•

COS

Зная q

можно определить действи-

тельное давление q'z на грани OD и

угол pi отклонения этого давления от

нормали к грани OD, т. е.

Ц% = + * ctg

ф— с ctg ф cos р

;

, sinp,

tgpt = ——•

cos p2—c ctg ф

Здесь рассмотрен общий случай, ох-

ватывающий все встречающиеся на прак-

тике расчетные схемы (Pt=0, или р

= p

или р

= |р

|, или Рх = р, - О

и т. д.).

При рассмотрении подобных частных

случаев расчет, естественно, упроща-

ется. Безразмерные коэффициенты iV

и Л^ являются функциями только уг-

лов ф, р

, f}

, р

Расчетное сопротивле-

ние грунта основания. При

небольших нагрузках осадка фундамен-

та происходит только вследствие уплот-

нения грунта, т. е. уменьшения объема

пор, и со временем затухает.

С увеличением нагрузки у краев фун-

дамента начинают образовываться об-

ласти предельного равновесия, которые

будут распространяться на все боль-

шую глубину под подошвой фундамен-

та. В этих областях будут возникать

сдвиги частиц одной относительно дру-

гой. При большом развитии областей

предельного равновесия осадка будет

нарастать без увеличения нагрузки и

произойдут разрушение грунта и выпор

его из-под фундамента.

Расчетным сопротивлением грунта ос-

нования/?, кПа, называют давление, при

котором наибольшая глубина распрост-

ранения областей предельного равнове-

сия достигает V

ширины подошвы фун-

дамента. Это давление считается еще

не опасным для основания. Оно будет

вызывать только затухающие осадки,

а зависимость между деформациями и

напряжениями с достаточной для прак-

тических расчетов точностью может

быть принята линейной. Благодаря это-

му можно рассматривать грунты км

линейно деформируемые тела и исполь-

зовать хорошо разработанные для та-

ких тел методы расчета напряжений и

деформаций.

Расчетное сопротивление R вычисля-

ется по формуле, приведенной в СНиП

2.02.01—83, в зависимости от ширины

и глубины заложения подошвы фунда-

мента, осредненных значений удельного

сцепления грунта, ряда коэффициентов

и некоторых других параметров, зна-

чения которых приводятся в СНиПе.

Предварительные размеры фундамен-

тов выбираются по конструктивным

сооб-

ражениям или исходя из приводимых

в СНиПе табличных значений расчет-

ного сопротивления грунтового основа-

ния R

. Значениями R

пользуются

также для окончательного выбора раз-

меров фундаментов зданий и сооруже-

ний III класса, если основание сложе-

но горизонтальными (уклон не более

0,1) слоями грунта, сжимаемость кото-

рых не увеличивается в пределах глу-

бины, равной двойной ширине наиболь-

шего фундамента, считая от его подош-

вы.

В таблицах СНиПа приводятся рас-

четные сопротивления для крупнооб-

ломочных (#

=350-^600 кПа), песча-

ных (#

=100-f-600 кПа), пылевато-гли-

нистых (непросадочных) (R

= 100-г

-7-600 кПа), просадочных (/?

=150-г

-i-400 кПа) и насыпных грунтов (/?*-

=80-350 кПа).

При увеличении нагрузок на основа-

ния существующих сооружений (на-

пример, при реконструкции) R прини-

мается в соответствии с данными об их

физико-механических свойствах с уче-

том типа и состояния фундаментов и

надфундаментных конструкций, продол-

жительности эксплуатации, ожидаемы*

дополнительных осадок при увеличении

нагрузок на фундаменты и их влияния

на примыкающие сооружения.

Вычисленное по формуле СНиПа зна-

чение R может быть повышено в 1,2 ра-

за, если расчетные деформации основа-

ния (при давлении, равном R) не пре-

восходят 40 % предельных значении.

При этом повышенное давление не долж-

но вызывать деформации основания свы-

ше 50 % предельных и превышать зна-

102

чеиие давления из условия расчета ос-

нования по несущей способности.

Краевое давление у внецентренно на-

груженного фундамента при действии

изгибающего момента вдоль каждой оси

фундамента не должно превышать 1,2 R

и в угловой точке 1,5 R.

§ 5.7. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ

ПО ДЕФОРМАЦИЯМ

Расчет оснований по деформациям про-

изводится исходя из условия

5 < s

где s — совместная деформация основания и

сооружения;

— предельное значение совместной

деформации основания и сооруже-

ния, при которой гарантируется нор-

мальная эксплуатация сооружения

и не снижается его долговечность.

Деформации основания, имеющие ре-

шающее значение для прочности и дол-

говечности сооружения, подразделяются

на:

осадки —- вертикальные перемещения

в результате уплотнения грунта, не-

сопровождающиеся коренным измене-

нием его структуры;

просадки — деформации, происходя-

щие в результате уплотнения и, как

правило, коренного изменения струк-

туры грунта (при замачивании проса-

дочного грунта, при оттаивании ледо-

вых прослоек в замерзшем грунте и

т. п.);

подъемы и осадки — деформации, свя-

занные с изменением объема грунтов

(набухание и усадка, морозное пучение

и оттаивание);

оседания — деформации земной по-

верхности, вызываемые разработкой по-

лезных ископаемых, понижением уров-

ня подземных вод и т. п.;

горизонтальные перемещения и дефор-

мации, связанные с действием горизон-

тальных нагрузок на основание. Рас-

чет оснований по деформациям должен

производиться из условия совместной

работы сооружения и основания.

Совместная деформация может ха-

рактеризоваться:

абсолютной осадкой основания s от-

дельного фундамента;

средней осадкой основания сооруже-

ния s;

относительной неравномерностью оса-

док двух фундаментов As/L (т. е. пере-

косом — разностью осадок двух сосед-

них опор, отнесенной к расстоянию меж-

ду ними. Если разность осадок отнесе-

на к ширине или длине, или к диаметру

сплошного фундамента, например жест-

кого сооружения, то деформацию назы-

вают креном

относительным прогибом или выги-

бом f/L (стрелка прогиба, отнесенная к

длине изогнувшейся части здания или

сооружения) и др.

Предельные значения (s

Ut8

и s

Utf

)

совместной деформации основания и соо-

ружения устанавливаются исходя из

необходимости соблюдения:

технологических требований к дефор-

мациям (нормальная работа лифтов,

кранового оборудования и

т.

п.) (sOu. *)•

Предельные значения s

Ut8

устанавлива-

ются нормами проектирования сооруже-

ний, правилами технической эксплуа-

тации оборудования или заданием на

проектирование;

требований к прочности, устойчиво-

сти и трещиностойкости конструкций,

включая общую устойчивость сооруже-

ния (s<5

Bj/

). Предельные значения s

Utf

устанавливаются при проектировании

на основе расчета взаимодействия соо-

ружения с основанием. Значения s

Utf

не устанавливаются для сооружений

значительной жесткости | и прочности

(например, зданий башенного типа, до-

мен), а также для сооружений, в кон-

струкциях которых не возникают уси-

лия от неравномерных осадок основа-

ния (например, различного рода шар-

нирных систем).

Если конструкции сооружения не рас-

считаны на усилия, возникающие в них

при взаимодействии с основанием, и в

задании на проектирование не установ-

лены значения s

Utet

то предельные зна-

чения деформаций основания можно

принимать по данным, приведенным

в СНиП 2.02.01—83, в которых для

различных сооружений: средняя осадка

Щ 10 ч-40 см; крен t ^0,001—0,005;

относительная разность осадок (Дs/L)

^0,001

-г-0,006,

103

При выполнении некоторых условий,

оговоренных СНиП 2*02.01—83, в слу-

чае если среднее давление под фундамен-

том не превышает расчетного сопротив-

ления, расчет деформаций оснований до-

пускается не выполнять.

Осадки основания, происходящие в

процессе строительства (например, осад-

ки от веса насыпей до устройства фун-

даментов, осадки до омоноличивания

стыков строительных конструкций), до-

пускается не учитывать, если они не

влияют на эксплуатационную пригод-

ность сооружения.

Рассмотрим последовательность вы-

числения полной (конечной) осадки фун-

дамента по методу послойного сумми-

рования с использованием схемы ли-

нейно деформируемого полупространст-

ва, рекомендуемого СНиП 2.02.01—83

в качестве основного.

1. Построение эпюры от собственного

веси грунта (эпюра естественного верти-

кального давления). Эта эпюра бытового

давления строится для оси, проходящей

через центр тяжести подошвы фундамен-

та в пределах глубины, приблизитель-

но равной (3—4) 6, где Ь — ширина фун-

дамента.

Бытовое давление o

(рис. 5.14)

вычисляется на границах пластов грун-

та с различными характеристиками, а

также на границе уровня грунтовых

вод как давление от собственного веса

вышележащих пластов, считая от от-

, Естестбенноя

поверхность

Рис.

104

грунтоОых

бод

, Ш У*м

Нищняя^

грошща Щк

[ сжимаемой

тощи

5 14 Схема расчета осадки фундамента

метки природного рельефа (при чал*,

гании сверху слоя насыпного грунта

собственный вес его во внимание не при.

нимается). В пределах каждого пласта

эпюра бытового давления изменяется

по линейному закону. При этом для

всех пластов, расположенных нижеуров.

ня грунтовых вод, в расчет следует вво-

дить удельный вес взвешенного в воде

грунта. Если в основании залегает водо-

упорный пласт, например плотная гли-

на, то давление на его кровлю увеличи-

вается на значение гидростатического

давления воды (скачок на эпюре

вен этому значению).

Таким образом:

zq.\

Ti*tJ °гч.* "

*ял i V

Ozq.d f

V2B3B

2вЗв»

zq,4 "Ozq

s i Узв3в

= O

-\- y

у« К \

где у^ — удельный вес воды;

— глубина залегания точки

нижнего

слоя грунта, для которой

определя-

ется бытовое давление, от ее

кровли.

2. Построение эпюры дополнительно-

го давления в грунте от сооружения и

определение нижней границы

сжимаемой

толщи. В данном случае полагают, что

осадка фундамента будет вызываться

только дополнительным (уплотняющим)

давлением от нагрузки сооружения сверх-

бытового давления. Считается, что осад-

ка происходит благодаря сжатию грун-

та в условиях невозможности бокового

расширения в пределах некоторой тол-

щи ограниченной мощности, называемой

сжимаемой толщей (активной зоной).

Таким образом, сжимаемостью пластов,

расположенных ниже сжимаемой тол-

щи, пренебрегают, что не вносит боль-

ших погрешностей в расчет, так как под

влиянием воздействия собственного веса

грунта реальное основание с некоторой

глубины под действием внешней на-

грузки в большинстве случаев можно

считать практически несжимающимся.

Эпюра дополнительного

вертикально-

го давления от сооружения строится

для оси, проходящей через центр тя-

жести подошвы фундамента. Учитывая,

что эта эшрра имеет криволинейное

очертание, для ее построения

каждый

пласт грунта при необходимости делит-

ся на несколько элементарных слоев

с таким расчетом, чтобы толщина каж

дого слоя не превышала 0,4 Ь.

Эпюра вычисляется для точек, рас-

положенных на границах элементарных

слоев. Эта эпюра располагается вправо

от осевой линии, имеет вид многоуголь-

ника и строится как для однородного

основания.

Дополнительное давление or

fPe0

на

уровне подошвы фундамента представ-

ляет собой среднее давление р от соору-

жения на этом уровне (во всех случаях

эпюра принимается равномерной) за вы-

четом бытового давления на уровне по-

дошвы фундамента, равного о

гя%0

Н (при Ь>10 м принимается р

~ р)

т, е.

Дополнительное давлеьгие в грунте на

глубине г ниже подошвы фундамента

(см. § 5.3)

шш^ш

где а — коэффициент рассеивания напряже-

ний, определяемый по табл. 5.4, в за-

висимости от отношений £—-2z!b\

TJ ~ Hb\

I, b —г соответственно больший и меньший

размеры подошвы прямоугольного

фундамента.

Строя постепенно эпюру для a

глубь основания, находят уровень, где

дополнительное давление в грунте со-

ставляет 20 % бытового давления на

той же глубине (с точностью до ±5 кПа),

т. е.

Найденную таким образом глубину

принимают за нижнюю границу сжи-

маемой толщи. Эту глубину можно оп-

ределить и графически, если для пласта,

где предположительно находится эта гра-

ница, вправо от оси построить эпюру со

значениями, равными 20 % от соответст-

вующих бытовых давлений, и найти

точку пересечения вычерченной эпюры

с эпюрой о

гр

. Если нижняя граница

сжимаемой толщи находится в слое грун-

та с модулем деформации E<Z5 МПа или

такой слой залегает непосредственно

ниже глубины z #

, нижняя граница

сжимаемой толщи определяется исхо-

дя из условия а

2р

0,1 ст^.

Скальные грунты практически несжи-

маемы и служат естественной границей

ментов:

/ — эпюра вжр для рассчитываемого фундамента 4;

? — эпюра охр с учетом нагрузки, попадающей в эо

ну влияния

сжимаемой толщи. Если вблизи рас-

считываемого фундамента распола-

гаются соседние фундаменты или зна-

чительная полезная нагрузка (напри-

мер на складах), то к эпюре a

нужно

добавить напряжения от соседних фун-

даментов или нагрузки, которые можно

определить методом угловых точек

(см. § 5.3). Зона влияния, в пределах

которой должна учитываться эта нагруз-

ка, показана на рис. 5.15.

Аналогично поступают и при опреде-

лении осадок уже существующих фун-

даментов при загружения соседних пло-

щадей.

3. Определение осадки фундамента.

Деформацию сжатия каждого элемен-

тарного слоя толщиной hi можно опре-

делить по формуле:

2РЛ

Ч Ш% Щ >

где £i — модуль деформации грунта в рас-

сматриваемом элементарном слое;

Щу

:ч

i # 0,5 (о

4 o

n) —среднее давле-

ние в пределах слоя, равное полу-

сумме дополнительных давлений,

возникающих на верхней и ниж-

ней границах элементарного слоя;

0,8 — коэффициент, корректирующий уп-

рощенную схему расчета.

Полная осадка фундамента s будет

равна сумме осадок отдельных элемен-

тарных слоев, расположенных в пре-

делах сжимаемой толщи Н

s 0,8 > —т-

где п 4»u7io слоев в пласте.

105

Если высота слоев h

в пределах од-

ного пласта с модулем деформации £

ал

одинакова, то осадка пласта:

О.Мдл v

пл —

Jn 7л °гр,1

tun

где т — число слоев в пласте.

Полная осадка будет равна сумме

осадок отдельных пластов в пределах

сжимаемой толщи.

Кроме рассмотренной схемы линейно

деформируемого полупространства с ус-

ловным ограничением глубины сжимае-

мой толщи Я

, СНиП 2.02.01—83 реко-

мендует применять также расчетную

схему основания в виде линейно дефор-

мируемого слоя. Эта схема использует-

ся, если:

а) в пределах сжимаемой толщи #

определенной как для линейно дефор-

мируемого полупространства, залегает

слой грунта с модулем деформации £

>100 МПа и толщиной к

удовлетво-

ряющей условию,

щШ (1- fpftf!

где Е

— модуль деформации грунта, подсти-

лающего слой грунта с модулем

В этом случае толщина линейно де-

формируемого слоя Н принимается до

кровли малосжимаемого грунта;

б) ширина (диаметр) фундамента Ь>

>10 м и среднее значение модуля де-

формации грунтов основания £>10 МПа

(при наличии в пределах сжимаемого

слоя слоев грунта с модулем деформа-

ции £<10 МПа их суммарная толщина

не должна превышать 0,2 Я).

В этом случае толщина линейно де-

формируемого слоя Н определяется по

рекомендациям СНиП 2.02.01—83.

Осадка с использованием схемы ли-

нейно деформируемого слоя определя-

ется по формуле

pbk

vi ki

—

ki-,

2 —j—,

Щ1

где р

—

среднее давление под подошвой;

b — ширина прямоугольного или ди-

аметр круглого фундамента;

\ k

; — коэффициенты, определяемые

ki\ по таблицам СНиПа;

106

п —число слоев, различающихся

по сжимаемости в пределах ра*.

четной толщины слоя //;

Ei — модуль деформации /-го слоя

грунта.

При использовании обеих расчетных

схем в случае наличия в пределах сжи-

маемой толщи на глубине г от подошвы

слоя грунта меньшей прочности, чем

прочность вышележащих слоев, не-

обходимо обеспечить условие

Ozp-f

Оliq

^ Rit

соответственно дополнитель-

ное от нагрузки и от собст-

венного веса грунта напря-

жение на глубине г;

асчетное сопротивление

грунта пониженной прочно-

сти на глубине г, определяе-

мое для условного фундамен-

та по рекомендациям СНиП

2.02.01—83.

В рассмотренных методах при опре-

делении осадки учитывались только вер-

тикальные составляющие a

напряже-

ний в грунте.

Более строгий метод с учетом всех

трех

компонентов напряжений в грунте раз-

работан К. Е. Егоровым.

Н. А. Цытовичем предложен метод эк-

вивалентного слоя, под которым по-

нимается такая толща грунта, которая

при условии невозможности бокового

расширения дает осадку, равную осадке

рассчитываемого фундамента.

Заметим, что для относительно не-

больших сооружений (например зда-

ний до 6 этажей) даже при грунтах сред-

ней сжимаемости размеры осадок и их

неравномерности заведомо не превыша-

ют допустимых значений.

Теперь рассмотрим вопрос об

опре-

делении крена фундамента. Вследствие

внецентренной загрузки основания, не-

симметричного влияния соседних фун-

даментов и нагрузок, наличия в основа-

нии наклонных слоев грунта и зоне

более высокой плотностью грунта в

пределах части основания и других

факторов возникает крен фундаментов.

Появление крена может усложнить

эксплуатацию сооружения, а возникно-

вение эксцентриситета при крене в от-

дельных случаях может привести к по-

тере устойчивости сооружения. Щщ

вычисляется для отдельно стоящих фун-

где a

и a

даментов устоев мостов, дымовых труб,

различных башен, морских гидротех-

нических сооружений и т. д. и является

необходимым дополнением к расчету

осадки фундаментов.

Крен фундамента i при действии вне-

центренной нагрузки:

—v

I к

(а/2)3

где f, v — модуль деформации и коэффици-

ент Пуассона грунта; в случае не-

однородного основания £ и v при-

нимаются средними в пределах

сжимаемой толщи в соответ-

ствии с рекомендациями СНиП

2.02.01— 83;

N — вертикальная составляющая рав-

нодействующей на уровне подо-

швы;

е — эксцентриситет;

— коэффициенты, принимаемые по

таблицам СНиП 2.02.01—83;

а — диаметр круглого или сторона

прямоугольного фундамента, в

направлении которой действу-

ет момент; для фундамента с

подошвой в форме правильного

многоугольника площадью А

принимается а — 2~[/

А/п .

Из этого выражения можно также най-

ти размеры подошвы фундамента, при-

няв предельно допустимый крен.

Крен с учетом влияния загружения со-

седних фундаментов и площадей, а так-

же при наклонном напластовании грун-

тов можно найти, вычислив осадки двух

точек, располагающихся под проти-

воположными краями фундамента в се-

редине сторон. В этом случае крен на-

ходят из выражения

где % и Sg — осадки выбранных двух точек;

L — расстояние между этими точками.

В заключение заметим, что деформация

основания представляет весьма слож-

ное явление и расчеты деформаций не

всегда могут обеспечить желаемую точ-

ность.

В глинистых грунтах, особенно в плас-

тичных, полная осадка достигается через

длительное (от нескольких лет до не-

скольких десятков и сотен лет) время,

и иногда бывает важно установить из-

менение осадки во времени. В качестве

такого случая можно представить не-

разрезную конструкцию (например,

мост), две соседние опоры которой вос-

принимают одинаковые нагрузки, име-

ют одинаковые размеры и одно и то же

значение модуля деформации грунта в

основании. Если предположить при этих

условиях, что под подошвой первого

фундамента залегают песчаные грунты,

а в основании второго — глинистые,

то очевидно, что конечные осадки их

будут одинаковы, разность конечных

осадок будет равна нулю, но в то же

время осадка опоры на глинистом грун-

те будет проходить медленнее и в какой-

то момент разность осадок опор будет

наибольшей. Неучет этого явления мо-

жет привести к аварийным последствиям.

Разными будут осадки во времени и в

том случае, когда грунтовые условия и

фундаменты хотя и одинаковы, но воз-

водятся в разное время.

Для расчета осадок во времени мож-

но использовать решения одномерной

задачи уплотнения теории фильтрацион-

ной консолидации, предложенной

К. Терцаги и развитой Н. М. Герсева-

новым, В. А. Флориным и др. В прос-

тейшем случае рассматриваются неуп-

лотненные, полностью водонасыщенные

(слабые) глинистые грунты, уплотняю-

щая нагрузка на которые сразу после

ее приложения распределяется между

водой и скелетом грунта прямо пропор-

ционально модулям упругости воды и

скелета.

В связи с тем что вода несжимаема,

а фильтрация ее затруднена, в перво-

начальный период вся внешняя нагруз-

ка или преобладающая ее часть переда-

ется на фильтрующуюся через поры

гидравлически непрерывную воду. Та-

ким образом, в грунте возникает об-

ласть с избыточным напором воды, вслед-

ствие чего она вытесняется в окружаю-

щее пространство. Следовательно, по

мере вытеснения воды и уменьшения на-

пора, воспринимаемая водой часть на-

грузки уменьшается и соответственно

увеличивается нагрузка на скелет грун-

та. Очевидно, что в любой момент вре-

мени и на любой глубине давление в по-

ровой воде и давление в скелете равны

внешнему давлению. Чем больше коэф-

фициент фильтрации, тем быстрее про-

исходят процессы удаления избыточной

107

воды и передачи нагрузки на скелет и

тем быстрее уплотняется грунт.

Из изложенного ясно, что давление в

воде непосредственного влияния на осад-

ку грунта не оказывает, поэтому это

давление иногда называют нейтральным.

Давление, передающееся скелету грун-

та, вызывает перестройку его структуры,

проникновение отдельных элементов в

поры между соседними и т д., т. е. вы-

зывает те процессы, которые собственно

и представляют уплотнение грунта. По-

этому в отличие от нейтрального давле-

ние в скелете называют эффективным.

После прекращения движения воды

(нейтральное давление равно нулю) вся

внешняя нагрузка оказывается передан-

ной на скелет грунта, и процесс фильт-

рационной консолидации заканчивается.

Таким образом предполагается, что ско-

рость нарастания осадки всецело опре-

деляется скоростью вытеснения воды из

пор грунта.

Задаваясь различными значениями i

и используя имеющиеся формулы, мож-

но построить график изменения осадки

во времени для случая прямоугольной

эпюры уплотняющего давления по глу-

бине сжимаемой толщи, а также при

других очертаниях эпюр, учитывающих

влияние собственного веса грунта и реа-

льных нагрузок от фундаментов в усло-

виях плоской (полосовая нагрузка) и

пространственной задач, когда консоли-

дация имеет двух- и трехмерный харак-

тер.

Следует отметить, что после оконча-

ния процесса фильтрационного уплот-

нения (первичная консолидация) осад-

ка грунта продолжается из-за проявле-

ния деформации ползучести скелета

грунта (минеральных частиц и прочно

связанных с ними водно-коллоидных обо-

лочек). Такая осадка называется ^

вторичной (пластической) консолнГ

цией.Этот процесс, не учитываемый ^

рией фильтрационной консолидации

изучается областью науки, рассматр^

вающей протекание деформаций во вре.

мени под действием приложенных

лий и называемой реологией, закономеп

ности которой применительно к гру

там изучены значительно слабее, щ

процессы фильтрационной теории кои

солидации.

В целом можно отметить, что в мелких

и пылеватых песках, супесях, пластич-

ных суглинках, различного рода илах

и других подобных сильно увлажнен

ных грунтах, мало связывающих воду,

наблюдаемые осадки близки к значе-

ниям, определяемым теорией фильтра,

ционной консолидации. В неводонасы

щенных грунтах', а также в плотных

и тугопластичных суглинках и глинах

может возникнуть необходимость уче-

та ползучести скелета грунта.

Грубо можно считать, что за время

строительства сооружения в песчаных

грунтах, а также в глинистых твердой

консистенции достигается полная осад-

ка. При строительстве же в грунтах

пластичной консистенции — только по-

ловина от стабилизированной осадки.

Явление деформации основания соору-

ружения исключительно сложно. Яря

воздействии на сооружение значитель

ных горизонтальных нагрузок (подпор-

ные стенки, набережные, плотины, зда-

ния ГЭС, устои мостов и др.) осадки

соо-

ружения будут сопровождаться гори-

зонтальными смещениями и креном, ме-

тоды вычисления которых разработаны

значительно слабее, чем прогнозирова-

ние осадок, а всесторонняя постановка

задачи о полной деформации основан®

сооружения вообще отсутствует.

Глава 6 .

' ' ^^Ш^^Яж

1^КУССТВЕННО УЛУЧШЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ,

СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ, ОПУСКНЫЕ КОЛОДЦЫ

И КЕССОНЫ

§ 6.1. УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ.

ЗАКРЕПЛЕНИЕ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

Во многих случаях, когда прочность

грунтов недостаточна, для возведения

сооружения можно произвести искус-

ственное упрочнение основания. Такие

основания называют искусственными в

отличие от ранее рассмотренных ес-

тественных, где с целью заглубления

фундамента часто приходится удалять

плохие грунты и заменять грунт мате-

риалом фундамента, что трудоемко и

экономически неэффективно.

Способы искусственного укрепления

грунтов иногда подразделяют на меха-

нические, физические и химические.

Механические методы улучшения

основания. 1. Поверхностное

уплотнение. Оно может произ-

водиться укаткой гладкими, кулачко-

выми и вибрационными катками, виб-

роплитами, легкими и тяжелыми трам-

бовками.

Глубина уплотнения для ручных

11 невматически х тр амбовок cocf авл яет

10—20 см. Тяжелые катки, гладкие или

кулачковые при одном проходе уплот-

няют грунт на глубину 15—20 см, а при

многократном проходе до 60 см. Приме-

нение укатки целесообразно для уплот-

нения глинистых и очень влажных пес-

чаных грунтов при большой площади

уплотнения. В последние годы широко

применяются виброкатки, с помощью

которых можно получить глубину уп-

лотнения 50—150 см. Производитель-

ность виброкатка составляет 2000—

3000 м

за смену. С помощью самоход-

ной виброплиты можно хорошо уплот-

нить песчаный или крупнооболочный

грунт на глубину до 50—100 см за один

проход установки. Применение вибра-

ции для глинистых грунтов неэффек-

тивно.

В ряде случаев приходится возводить

здания и сооружения на насыпных грун-

тах минерального происхождения, об-

разовавшихся при засыпке старых пру-

дов, оврагов и заболоченных террито-

рий. Следует заметить, что насыпные

толщи, возникшие на местах свалок

мусора и бытовых отходов, богатых со-

держанием органических веществ, для

использования в качестве оснований соо-

ружений непригодны.

Эффективным способом для уплотнения

насыпных грунтов и различных грун-

товых подушек является применение

тяжелых трамбовок (рис. 6.1), изготов-

ленных из железобетона, стали или чу-

гунного литья, имеющих форму усе-

ченного конуса, благодаря чему обес-

печивается низкое расположение цент-

ра тяжести, диаметр основания не менее

1 м и массу 2,0—7,0 т. При выборе раз-

меров трамбовок необходимо, чтобы

удельное статическое давление от ее

веса составляло не менее 20 кПа.

Такая трамбовка периодически под-

нимается краном на высоту 4—8 м и

сбрасывается на поверхность уплот-

няемого грунта. Работа ведется до тех

пор, пока осадка при каждом падении

трамбовки (отказ) не снизится до 1—2 см

для глинистых грунтов и до 0,5—1 см

для песчаных.

Для достижения такого результата

необходимо от 5 до 12 (а иногда и более)

ударов. Понижение трамбуемой поверх-

ности обычно составляет 40—60 см. При

этом верхний слой грунта толщиной до

15 см разрыхляется. Учитывая это,

рытье котлована производят с недобо-

ром по глубине на 0,4—0,6 м.

109

б)

Рис. 6.1. Способы уплотнения грунта:

а — трамбованием; б — песчаными дренами; / — земляное сооружение; 2 — слой дренирующего

материала; 3 —песчаные дрены

При применении трамбовок слой уп-

лотненного грунта составляет 1,5—3,5 м,

в пределах этого слоя эффект уплотне-

ния с глубиной уменьшается. Несущая

способность основания в целом увели-

чивается до 30 %. Одной трамбовкой в

течение смены можно уплотнить 100—

150 м

площади основания.

Уплотнение производится при опти-

мальной влажности грунта, которая для

глинистых грунтов близка к влажности

на границе раскатывания, а для пес-

чаных она характеризуется заполне-

нием пор водой примерно на 70 % их

объема. Если влажность меньше опти-

мальной, производится искусственное до-

увлажнение грунта. Следует заметить,

что полностью водонасыщенные грунты

уплотнить укаткой и трамбованием не

удается.

Тяжелые трамбовки применяются так-

же для уплотнения поверхностных толщ

лёссовых грунтов. При этом в пределах

уплотненного слоя они становятся не-

просадочными.

2. Г л у б и н н о е уплотнение

грунтов. С помощью применяемых

здесь способов можно произвести

уплотнение грунта на глубину до

20 м.

Грунтовые сваи применяются для уст-

ранения просадочности макропористых

грунтов. В грунт погружается инвен-

тарная стальная свая диаметром, на-

пример, 273 мм, снабженная на конце

башмаком диаметром 400 мм. В процес-

се ее погружения грунт раздвигается и

уплотняется. После извлечения трубы с

башмаком образовавшуюся скважину,

сохраняющую вертикальные стенки fe

обсадных труб, заполняют местным щ.

НИСТЫМ грунтом, который ПОСЛОЙНО уп-

лотняют трамбующим снарядом в фк

ме параболоидного клина диаметром^

32 см и массой 0,35—0,5 т, сбрасываемо-

го с высоты 2,5—3 м. В лёссовых грун-

тах применять песок для зашла»

скважин нельзя, так как это

приведет к

образованию системы вертикальных

дрен, облегчающих проникновение

воду

на большую глубину, что вызовет

усиление просадочных явлений.

Другой способ устройства грунтовые

свай (взрывной) заключается в том,

что

на расчетную глубину с помощью

моло-

та или вибратора пробивается скважи-

на — шпур диаметром 60—80 мм, куда

опускается детонирующий шнур с при-

вязанными к нему патронами, каждый

из которых содержит 50 г взрывчатого

вещества (на 1 м скважины обычно

!>~

10 патронов).

После взрыва образуется вертикал*

ная скважина диаметром 36—60 с* в

зависимости от сжимаемости грунта,

ко-

торая аналогично описанному заполня-

ется местным грунтом. Грунтовые сваи

размещаются в шахматном порядке

по

вершинам равносторонних треуголь-

ников. Расстояние между сваями в пре-

делах 1,6—3,2 м устанавливается рас-

четом. Путем применения грунтов*

свай можно повысить несущую способ-

ность основания до 40 %.

Песчаные сваи применяются для щ

бинного уплотнения слабых

насыпных*

рыхлых песчаных, илистых и силь#°

сжимаемых глинистых грунтов.

по