Зоценко Н.Л. Инженерная геология. Механика грунтов, основания и фундаменты

Подождите немного. Документ загружается.

360

1,03…1,06, а для місцевих – 1,15…1,30 т/м

Потрібна маса глини на об’єм V

=1 м

розчину

csc

wcsc

V)(

ρρ

ρρρ

−

, (13.16)

де

– щільність відповідно глини, розчину, води.

Стійкість стінок траншеї розраховують за рекомендаціями

М. С. Метелюка. Вона буде забезпечена, якщо задовольняється умова

)EE(,E

was

+= 1

, (13.17)

де

– рівнодіючі, відповідно, тиску глинистої суспензії, активного

тиску ґрунту, гідростатичного тиску.

Якщо врахувати інтенсивність тиску по глибині траншеї від глинистої су-

спензії

, ґрунту

, води

, то необхідну питому вагу глинистої суспензії

можна визначити за формулою

h/q

scs

. (13.18)

Крім визначення питомої ваги суспензії, розрахунок конструкції типу

“стіна в ґрунті” ведуть за першою та другою групами граничних станів.

Найчастіше використовують три розрахункових схеми: круглі споруди

без розпірок і опорних поясів; круглі або прямокутні споруди замкненого типу,

стійкість яких забезпечена через застосування поясів, опорних рам; споруди

типу підпірної стінки, стійкість яких забезпечена за рахунок защемлення в

ґрунті. Найбільші напруження в стінках виникають після розроблення ґрунту в

середині споруди.

Якщо днище споруди розташоване нижче від рівня ґрунтової води, розра-

хунок ведуть і на спливання конструкції.

Рис. 13.20. Технологічна схема влаштування “стіни в ґрунті”:

1 – штанговий екскаватор; 2 – бетонолитна труба; 3 –

автокран для укладання бетону;

4 – кран для монтажу панелей; 5 – механізм для зворотного засипання

361

13.7. ПІЩАНІ І ҐРУНТОВІ ПОДУШКИ

Штучні основи влаштовують для заміни слабкого стисливого ґрунту під

підошвою фундаментів. Для цього в розроблений котлован чи траншею укла-

дають з ущільненням шари місцевого піщаного або глинистого ґрунту. Це дає

можливість знизити глибину закладання фундаментів, збільшити міцність ос-

нови, зменшити осідання.

Метод дістав назву влаштування піщаних або ґрунтових подушок.

Піщані подушки використовують для заміни насипних, слабких піщаних

або глинистих ґрунтів вище від рівня ґрунтової води і нижче від розрахункової

глибини промерзання ґрунту. Матеріалом для таких подушок є крупні піски або

піски середньої крупності.

Після розроблення котловану на глибину, яка складається з глибини за-

кладання фундаменту та висоти самої подушки, на дно відсипають шарами 20–

40 см пісок, його зволожують, ущільнюють вібраторами або механічними

трамбівками. Слід використовувати чисті піски без органічних домішок та мер-

злих уключень.

Котлован для влаштування подушок розробляють ширшим, ніж ширина

фундаменту, який може бути стрічковим, окремим, перехресним або з суцільної

залізобетонної плити.

Піщані подушки розподіляють тиск від фундаменту на більшу площу і

завдяки розсіюванню напружень зменшують його вплив на слабкий підстиль-

ний шар. У водонасиченому ґрунті, який погано утримує укоси і не сприймає

горизонтального навантаження, подушки передбачають значно більшої шири-

ни, ніж підошва фундаменту, тому в таких умовах доцільно подушку влашто-

вувати між бічними шпунтовими стінками.

Висоту піщаної подушки визначають з урахуванням розрахункового опо-

ру слабкого ґрунту на рівні підошви подушки.

Повинна задовольнятися умова

wb.zgн.zgн.zpн.zg

R)P(

≤−+=+

σασσσ

, (13.19)

де σ

zg.н

– тиск від власної ваги ґрунту на глибині, що дорівнює відстані від пове-

рхні до рівня підошви подушки, кПа; σ

zp.н

– додатковий тиск на рівні підошви,

кПа; R

– розрахунковий опір слабкого ґрунту на глибині z, кПа.

Для визначення висоти подушки можна використати графічні прийоми.

На рис. 13.21 показаний один із таких прийомів. Висоту подушки визначають за

точкою перетину епюри сумарного тиску σ

+σ

з епюрою розрахункового опо-

ру слабкого ґрунту.

Висоту подушки можна також визначити за графіком. Його використо-

вують для попередніх розрахунків подушки під окремі квадратні або прямокут-

ні фундаменти, а також стрічкові фундаменти.

Послідовність визначення висоти піщаної подушки за допомогою графіка

така:

1. За проектним значенням щільності піщаної подушки і типом піщаного

ґрунту за таблицею 1 додатка 1 до СНиП 2.02.01-83 встановлюють кут внутрі-

362

шнього тертя та питоме зчеплення.

2. За таблицею 2 додатка 3 до СНиП 2.02.01-83 визначають розрахунко-

вий опір матеріалу подушки R

3. За формулою (10.1), використовуючи фізико-механічні показники

слабкого ґрунту, визначають розрахунковий опір слабкого ґрунту R

4. Встановлюють розміри фундаменту, який спирається на матеріал по-

душки.

5. Визначають із співвідношення розрахункових опорів

bwb

R/R

6. З графіка (рис. 13.22) за α встановлюють співвідношення висоти поду-

шки та ширини підошви фундаменту m=d

/b, а також саму висоту подушки

=mb.

Подушки, які утворюються з глинистого ґрунту, називаються ґрунтовими.

Найчастіше їх застосовують у лесових ґрунтах І типу за просадочністю або то-

ді, коли потрібно створити водонепроникний екран. Доцільно використовувати

цей метод, якщо коефіцієнт водонасичення ґрунту не перевищує S

≤0,7 на гли-

бину частини або всієї деформованої зони. Розробляють котлован на глибину,

яка складається з глибини закладання фундаменту і висоти самої подушки. Далі

1,2

1,4

1,8

2,0

1,6

2,2

2,4

2,8

3,0

2,6

0,2

0,4

0,8

1,0

0,6

0,2

0,6

0,4

0,8

η=1

(квадрат)

η=∞

(стрічка)

η=2

Рис. 13.22. Графік для визначення габаритів

піщаної подушки під стрічкові та окремі

фундаменти:

m=d

/b – коефіцієнт, який визначають за від-

ношенням висоти подушки d

до ширини пі-

дошви фундаменту b; α=R

–

коефіцієнт,

який визначають за відношенням розрахун-

кового опору слабкого ґрунту R

до розра-

хункового опору матеріалу подушки R

zg.H

zp.h

+σ

Рис. 13.21. Схема для розрахунку

піщаної подушки (суцільною тон-

кою лінією показана епюра тиску

від власної ваги ґрунту, суцільною

жирною – епюра додаткового тис-

ку, штриховою – сумарна епюра

тиску, штрих-пунктирною –

епюра

розрахункового опору слабкої ос-

нови)

363

ґрунт, раніше вийнятий із котловану, вкладають шарами завтовшки 0,2–0,3 м на

дно, обробляють котками або трамбівками до щільності сухого ґрунту

d,s

=1,6...1,7 т/м

. При цьому вологість ґрунту повинна бути близькою до воло-

гості на межі розкочування: W

≈W

Товщина подушки призначається залежно від умови повної ліквідації

можливості просідання в її межах, а також з урахуванням того, що загальна де-

формація основи (просідання й осідання) не може перевищувати граничні де-

формації за нормами. Товщину подушки

можна визначити за формулою



sss

P/b)PP(h

−=

, (13.20)

де Р та P

sℓ

– відповідно середній тиск на рівні підошви подушки і початковий

тиск просадочності, кПа.

Розміри подушок приймають залежно від розмірів фундаментів, їх окрес-

лень у плані, тиску, який діє на ґрунт. Якщо ґрунтову подушку використовують

для ліквідації властивостей просідання, габарити подушки можна визначати за

формулами

)K(bb

21+=

; (13.21)

)bK

2+= 

, (13.22)

де b та ℓ – ширина і довжина фундаменту, м; K

– коефіцієнт розподілення го-

ризонтальної деформації, K

=0,3...0,4 залежно від величини тиску; b

та ℓ

– ши-

рина й довжина подушки в її нижній частині.

Ширина ґрунтової подушки на рівні підошви фундаменту згідно з прави-

лами проектування повинна бути більшою за ширину підошви фундаменту не

менше ніж на 0,6 м.

Досить поширений графічний прийом визначення розмірів ґрунтової по-

душки для ліквідації шкідливого впливу просідання. Для цього на геологічний

розріз у масштабі наносять обриси фундаменту і, починаючи від його підошви,

будують графік зростання деформацій осідання та просідання S+S

sℓ

. Залежно

від геологічної будови нижня межа цього графіка може розміщуватись на рівні

межі стисливої товщі або на рівні підошви просадочного ґрунту.

Потім від найбільшої ординати деформації віднімають у масштабі вели-

чину граничної деформації згідно з нормами і залежно від типу будови. Якщо

тепер із цієї точки поставити перпендикуляр, то точка перетину його з епюрою

деформацій по вертикалі буде знаходитися від підошви фундаменту на відстані,

яка дорівнює товщині подушки h

Масове застосування ґрунтові подушки дістали у 60-их роках у Нікополі,

Запоріжжі на об’єктах промислового та громадського призначення. Метод за-

рекомендував себе як дешевий, високомеханізований відносно простими агре-

гатами, з досить надійною системою контролю якості ущільнення.

У Таджикистані ВНДІГІМ запроваджено метод улаштування подушок із

лесу, який перероблено гідровібруванням. За допомогою потужних гідровібра-

торів (маса 2,5 т, частота 1450 коливань за хвилину) і насосних станцій лесовий

ґрунт розмивають силою водного струменя, який під тиском 0,6–0,7 МПа спря-

мовують під вібратор, а потім ущільнюють вібруванням. Опускають та підні-

мають вібратор кранами. Відстань між точками ущільнення – 1,2–1,4 м.

364

14. ФУНДАМЕНТИ І ШТУЧНІ ОСНОВИ,

ЯКІ ВИГОТОВЛЯЮТЬ БЕЗ ВИЙМАННЯ ҐРУНТУ

14.1. РІЗНОВИДИ ЗБІРНИХ ФУНДАМЕНТІВ

І СХЕМИ ЇХ ЗАНУРЕННЯ В ҐРУНТ

Традиційний спосіб улаштування основ і фундаментів полягає у проходці

котловану, спорудженні фундаментів і зворотному їх засипанні. Проте парале-

льно з цим способом із давніх-давен фундаменти влаштовують зануренням у

ґрунт забивних паль. Об’єм земляних робіт при цьому значно скорочується або

навіть повністю виключається. З розвитком будівельної техніки значно розши-

рюється застосування фундаментів, що споруджуються без виймання ґрунту.

Це передусім забивні палі й блоки різної форми поперечного перерізу і поздов-

жнього профілю. Їх типові представники: залізобетонні забивні призматичні,

пірамідальні палі та блоки. Набивні палі і фундаменти виготовляють на місці в

пробитих або виштампуваних свердловинах (ложах), витрамбуваних котлова-

нах. Штучні основи споруджують шляхом поверхневого трамбування ґрунтів

важкими трамбівками, глибинного віброущільнення, влаштування піщаних та

ґрунтових паль, вибухом тощо.

Забивні палі з постійним перерізом стовбура. Найбільш поширені приз-

матичні суцільні залізобетонні палі квадратного перерізу в плані (рис. 14.1, а).

Такі палі рекомендується застосовувати при будь-яких стисливих ґрунтах, які

підлягають прорізанню, за винятком насипів з уключенням залишків кам’яних,

бетонних і залізобетонних конструкцій або ґрунтів природного складу з твер-

дими включеннями, які часто зустрічаються. Ці палі можуть сприймати верти-

кальні вдавлюючі і висмикуючі навантаження, горизонтальну силу й згиналь-

ний момент. Армують такі палі поздовжньою та поперечною арматурою. Поз-

довжня арматура може бути попередньо напруженою.

На рис. 14.1, б, в, г, д, е, є наведені нетипові вирішення залізобетонних

суцільних паль, спрямовані на збільшення площі поперечного перерізу і повер-

хні стовбура при більш економному витрачанні матеріалів на їх виготовлення

порівняно з палями квадратного перерізу. Поздовжня арматура таких паль мо-

же бути напруженою або ненапруженою, з поперечним чи без поперечного ар-

мування стовбура. Застосування забивних призматичних паль квадратного пе-

рерізу з круглою порожниною з попередньо напруженою поздовжньою і без

поперечної арматури (рис. 14.1, ж) дозволяє зменшити витрати бетону до 20 %

порівняно із суцільними призматичними палями. Забивні залізобетонні круглі

палі діаметром від 400 до 800 мм та палі-оболонки (трубчасті) діаметром до

1600 мм, довжиною від 4 до 12 м (рис. 14.1, з) використовують для прорізання

слабких ґрунтів з опиранням на ґрунти, спроможні сприймати вертикальні, го-

ризонтальні й моментні навантаження. Занурюються вони із закритим або відк-

ритим нижнім кінцем. Застосування таких паль дає можливість зменшити ви-

трати бетону в два рази порівняно із суцільними палями.

Забивні палі з перемінним перерізом стовбура. Відрізняють такі типи

365

паль із змінним перерізом:

1. Пірамідальні палі квадратного поперечного перерізу (рис. 14.2, а) зі

стороною 200 мм біля вістря і 400, 430, 460 мм – зверху, з кутом між вертикал-

лю й гранню палі α=1…4°, завдовжки 3-8 м армують ненапруженою або попе-

редньо напруженою арматурою. Аналогічними їм, по суті, є опори контактної

мережі, котрі використовують як палі. Їх виготовляють за допомогою центри-

фуги. Застосування таких паль ефективне за наявності глинистих ґрунтів із ко-

ефіцієнтом водонасичення

≤0,75, а також піщаних ґрунтів будь-якого ступе-

ня водонасичення пухких і середньої щільності. При занурюванні пірамідаль-

них паль ґрунти інтенсивно ущільнюються. Ущільнена зона ґрунту сприяє під-

вищенню несучої здатності паль.

2. Короткі пірамідальні забивні залізобетонні палі квадратного попереч-

ного перерізу з кутом між вертикаллю і гранню палі α=4…12° (рис. 14.2, б). У

зв’язку з більшою конічністю стовбура цих паль вони формують при занурю-

ванні більш розвинуту зону ущільненого ґрунту.

3. Забивні залізобетонні фундаментні блоки. Їх виготовляють як суцільні,

так і з циліндричною порожниною. Занурюють у ґрунт і розширеним кінцем, і

звуженим (рис. 14.2, в).

4. Забивні залізобетонні палі із забивними оголовками (шайбами) різної

конструкції. Найчастіше застосовують забивні порожнисті блоки (рис. 14.2, г).

Наявність оголовка підвищує опір палі горизонтальним і моментним наванта-

женням.

5. Забивні залізобетонні призматичні палі з розширенням у нижній части-

ні стовбура (рис. 14.2, д). Застосовуються при прорізанні товщ слабких ґрунтів

(мулів, торфів, текучих глинистих), які чинять незначний опір тертя за бічною

поверхнею паль, з опиранням на відносно щільні ґрунти. Іноді розширення

Рис. 14.1. Забивні палі з постійним перерізом стовбура:

а – квадратним; б – трикутним; в – трапецієподібним; г – прямокутним; д – ромбоподібним;

е – двотавровим; є – хрестоподібним; ж-з – із круглою порожниною; з – трубчаста

366

може утворюватись завдяки наконечнику, що розкривається. У них знижено

опір горизонтальним і моментним навантаженням.

6. Забивні залізобетонні козлові та віялоподібні палі. Їх влаштовують як

призматичні палі з однобічним загостренням і занурюють попарно (рис.

14.2, е). При занурюванні таких паль за рахунок виникнення реактивного опору

ґрунту за нахиленою поверхнею палі виникає момент, який розвертає палю в

ґрунті відносно шарнірно закріпленої голови в спеці-

альному наголовнику. Козлові палі сприймають зна-

чні горизонтальні навантаження.

У результаті поєднання параметрів паль різних

типів надалі були сконструйовані й деякі їх проміжні

варіанти, наприклад: ромбічні, пірамідально-

призматичні, біпірамідальні, плоскопрофільовані, з

багатоярусними розширеннями за стовбуром тощо.

Гвинтові палі. Ці палі являють собою металеву

або залізобетонну трубу, яка має в нижній частині

гвинтову лопать, діаметр якої може досягати 3 м

(рис. 14.3). Таку палю занурюють загвинчуванням, і

вона передає навантаження на ґрунт безпосередньо

лопаттю. У 1953 р. для опор суміщеного мосту через

Цареградське гирло Дніпровського лиману були

вгвинчені металеві палі діаметром лопаті 2,2 м. Гли-

бина води в місцях переходу досягала 13 м. Під кож-

ну опору було вгвинчено 10 таких паль за допомогою

кабестана МЗС-75 із крутним моментом 750 кН·м.

При статичних випробуваннях навантаження на одну

палю було доведено до 10,86 МН, осідання становило

33 мм. Удосконалювали гвинтові палі шляхом заміни

Рис. 14.2. Забивні палі зі змінним перерізом стовбура:

а – пірамідальна паля з малим кутом конічності; б – коротка пірамідальна; в –

забивний

блок; г – паля з наголовником; д – булавоподібна; е – козлова

Рис. 14.3. Гвинтова паля:

а – загальний вигляд;

б – башмак

367

металевого стовбура залізобетонним суцільним або пустотілим. Це дозволило

скоротити витрати металу при спорудженні фундаментів на таких палях.

Занурювання збірних фундаментів і паль може здійснюватись різними

способами, відпрацьованими багаторічною будівельною практикою: забиван-

ням, віброзаглиблюванням, загвинчуванням, удавлюванням. Кожен із згаданих

способів виконується з використанням відповідних механізмів та снарядів.

Основні механізми й снаряди для занурювання паль і фундаментів: копри

і підйомні крани для підняття та встановлення занурювачів і паль; молоти різ-

них конструкцій; наголовники; віброзанурювачі; пневмопробійники; кобе-

стани; устаткування для буріння лідируючих свердловин; устаткування для пі-

дмивання паль водяним струменем.

Копри вибирають залежно від маси й довжини занурюваних паль, умов

будівельного майданчика (сухий майданчик або наявність глибокої води). Кіль-

кість копрів установлюють відповідно до намічених строків проведення робіт і

продуктивності одного копра. На рис. 14.4 показана схема рейкового копра.

Нерідко навісне копрове устаткування встановлюється на важких автомобілях,

тракторах, екскаваторах – це так звані самохідні копрові установки.

Молоти застосовують різних конструкцій: механічні, пароповітряні оди-

ночної і подвійної дії; дизель-молоти трубчасті і штангові. Механічний молот

складається з чавунного виливка масою 2-4,5 т (рис. 14.5). Перевагою механіч-

них молотів є простота конструкції, що дає мінімальні витрати на обслугову-

вання, але продуктивність таких молотів невисока. У сільському будівництві в

Україні широке розповсюдження дістала копрова установка на базі трактора

С-100 із механічним молотом масою 3 т для занурювання забивних блоків та

Рис. 14.4. Копер на рейковому ходу:

1 – стріла; 2 – молот; 3 – паля; 4 – кран;

5 – склад паль

368

коротких пірамідальних паль (рис. 14.6).

Дизель-молоти складаються з нерухомого поршня й падаючого циліндра

(ударної частини). Залежно від конструкції напрямної розрізняють штангові і

трубчасті (рис. 14.7) дизель-молоти. Перед запуском ударну частину молота ле-

бідкою копра піднімають угору, потім її відчіплюють, і вона вільно падає вниз.

У момент зіткнення циліндра з поршнем подається дизельне паливо, яке в ре-

зультаті стискання повітря запалюється й згоряє. В цей момент молот досягає

нижнього положення і, вдарившись об плиту, забиває палю. Горючі гази, які

утворюються при запаленні, підкидають ударну частину молота вгору, поршень

звільняється та гази видаляються. Цей процес повторюється при кожному ударі.

При слабкому ґрунті і на початку забивання паля входить у ґрунт легко,

внаслідок чого не досягається достатньої компресії й молот не заводиться. У

таких випадках необхідно повторити підняття ударної частини лебідкою зі ски-

данням доти, поки паля не зайде в ґрунт достатньо щільно і молот не почне

працювати. Перевага дизель-молотів порівняно з іншими системами полягає в

його компактності, швидкості монтажу, малій витраті пального. Вони не мають

потреби у громіздких силових агрегатах, як парові і пневматичні молоти. У бу-

дівництві широко застосовують дизель-молоти з ударною частиною масою

1,2-3,5 т.

Рис. 14.6. Загальний вигляд ме-

ханічного молота для занурю-

вання пірамідальних паль на базі

трактора Т-100

Рис. 14.5. Механічний молот:

1 – вушко; 2 – захват; 3 – вантаж-

ний гак

369

Рис. 14.9 Схема віброзанурювача з

підресорним привантаженням:

1 – електродвигун; 2 – привантажу-

вальні плити; 3 – вібратор; 4 – наго-

ловник

Рис. 14.8. Зварний наголовник:

1 – сталеве ковадло; 2 – амортиза-

тор із сталевих канатів; 3 – аморти-

затор із сухої деревини; 4 – паля

Рис. 14.7. Трубчастий дизель-молот:

1 – напрямна копра; 2 –

скидальний

упор; 3 – кішка; 4 – поршень; 5 –

упор

для підняття молота; 6 – захват; 7 – ро-

бочий циліндр; 8 – патрубки; 9 –

шабот;

10 – паливний насос

Ø225

Ø 210

3065