/
Text
Г К .К/<гин
И.И.Черкасов
ФУНДАМЕНТЫ
ГОРОДСКИХ
ТРАНСПОРТНЫХ
СООРУЖЕНИИ
. •• - • '*-= •*•“ * ’г • ”
г ЕнС-лютеиа
У Л4 филиала
‘^;р^М\ШПРОЛГ
МОСКВА "ТРАНСПОРТ" 1985
УДК 624.21.021.15:625.712
Клейн Г. К, Черкасов И. И. Фундаменты городских транспорт-
ных сооружений’ — Я: Транспорт, 1985. — 223 с.
Описаны конструкции, приведен расчет и изложена технология
строительства фундаментов транспортных соо ужений в сложных
условиях тесной застройки города. Рассмотрены фундаменты мел-
кого заложения и свайные, подпорные стены, порталы, рампы, сте-
ны в грунте, а также усиление фундаментов эксплуатируемых зда-
ний, крепление глубоких котлованов, техническая мелиорация ос-
нований.
Книга предназначена для инженерно-технических работников
проектных и строительных транспортных организаций, может быть
полезна студентам строительных специальностей транспортных ву-
зов
Ил. 129, табл. 30, библиогр. 67 назв.
Р?иензент проф., д.р теХи наук в г Храпов
Заведующий Р е д а кц и е й В. Г. Чванов
Реактор Е. С. Голубкова
К_360!С20000.Д51
O49(Q1J?85 26-85
© Издательство «ТРАНСПОРТ., 1985
ПРЕДИСЛОВИЕ
«Основные направления экономического и социального разэи-
тия СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года> пре-
дусматривают значительное расширение транспортных систем и
строительство сооружений, обслуживающих крупные города
страны.
Новые сооружения строятся в непосредственной близости к
эксплуатируемым зданиям и памятникам истории и культуры, на-
ходящимся под охраной государства и нуждающимся в полной га-
рантии от повреждений при производстве строительных работ.
В пригородах строительство транспортных сооружений в основном
проходит по территориям, непригодным для сельскохозяйственно-
го использования и с неблагоприятными геологическими услови-
ями. Эффективно решать проблемы устройства фундаментов и
родственных им подземных частей транспортных сооружений мож-
но только при условии использования совершенных конструкций
и способов расчета, новых прогрессивных технологических процес-
сов и машин.
В предлагаемой вниманию читателя книге сделана попытка
осветить современное состояние проблемы с взаимной увязкой
ее главных частей: расчета собственно фундаментов и подземных
частей транспортных сооружений, их конструкций, технологичес-
ких процессов и оборудования с учетом специфических условий
строительства внутри тесной городской застройки.
В книге приведены расчеты, необходимые для проектирования:
1) фундаментов мелкого заложения по перемещениям, условным
расчетным сопротивлениям оснований и несущей способности:
2) свайных фундаментов; 3) при определении давления грунта на
ограждения и методика расчета подпорных стен, порталов и рамп
тоннелей по предельным состояниям; 4) стен в грунте и противс-
фильтрационных завес; 5) креплений котлованов, шпунтов-консо-
лей; б) шпунтовых и свайных стен с одним и многими ярусами
распорок или анкеров; 6) анкерных тяг и плит, а также буровых
анкеров.
3
чета, согласованные с указаниями
а10т новейшие исследования в Об-
-^построения, в том числе и ра,
книге расчеты сопровождаются
. а также примерами расчета,
мелкого заложения уделяется
Рекомендуемые ме^^ г^.
нормативных док} фХ.ндам
ласти механики гру’ е' в к
боты авторов. Привод фикаМН
справочными тао. жгнтаментов -
При рассмотрении фундж адов „ ЭСТакад, несущим большие
внимание фундаментам п. Г ового применения, характерным
нагрузки, и малонагружен п_ (и в том числе для павиль-
ДЛЯ многих тРанспортн „ высоких пассажирских посадочных
онов, пешеходных до услОвия работы малонагруженных
фундаментов^ способы борьбы с их деформациями от морозного
Фундаментов и грунтов. Описаны стоечные фундаменты с
очными пл X^работающими в зимнее время как анкера.
Большое внимание уделено конструкциям стен в грунте, род-
ственным им противофильтрационным завесам, буронабивным
сваям и разным способам их устройства, не сопровождающимся
вредными динамическими воздействиями на близстоящие здания.
Описаны корневидные сваи, представляющие собой одну из новых
разновидностей буронабивных, а также винтовые и забивные сваи
специального назначения — булавовидные и пирамидальные для
применения в сложных грунтовых условиях на вновь осваива-
емых пригородных территориях.
Новое направление для транспортного строительства — уст-
ройство глубоких котлованов вблизи от эксплуатируемых зданий.
В связи с этим в книге описаны конструкции вертикальных ог-
раждений глубоких котлованов в стесненных условиях городской
застройки, а также анкера разных типов для восприятия внешне-
го давления грунта и воды; приведены данные, полученные точ-
ппн ям^ЗМР dMH В на1^Ре’ 0 ^формациях дна и стен котлована
при выемке грунта и возведении сооружения
хСТРойХаХп^Н°;0ГИЧе0КИХ "Родесов по свайным работам,
устройству анкеров, сооружению стен вгрунте лани хяпяктрпис-
тики современных машин и оборудования '7 „ Д характери
готовления и очистки глинистых ЛХоПов й₽ 16 операции на-
ходится транспортное строите^™? Р ’ 6 КСУГОРЫХ РеДК0 об'
Техническая мелиорация г> • В° В ГОРОДСКИХ условиях работ,
отвода и глубинного водопониТени^ 0СН0ВаниГ' с помощью водо-
песчаных свай и пластмаеггЛ* Я’ УстР°нства песчаных дрен,
учетом новейших отечественны* и Г1логских геодрен изложена с
ооКооГу написали: д-п 1схн ” заРУбежных данных.
И и и 41~4-4’ ’-2—5.8, 6 2 7^-7РгОф- Г- К- Клей" - »• п- | 3>
то К ,4eplSaC0B — п п. | | /о । , Д‘Р техн. наук, проф.
. 10.1±lit ' *• 21> 2-3, 2.4, 3.1
выражают глубокие
- - У°2кУк> признательность
- пРи подготовке 7< 3а полезнь.е
Учетом новейших отечественных
Книгу написа.
2.2, 3.2, 4.1—4 4
7 2 81-8.3,9.1-9.4' 101
»р«ф"°рР,,Хр““'в’..
"Р- »1™Й“’НП1 к ......
‘Ниги к изданию.
рецензенту
замечания и
Авторы-
ОСОБЕННОСТИ
ТРАНСПОРТНОГО
ФУН4АМЕНТОСТРОЕНИЯ
В ГОРОДАХ
1.1. УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
В капитальном строительстве нашей страны предусмотрен
долговременный курс на расширение и реконструкцию действ’
щих предприятий, что связано с необходимостью строительства
новых объектов на территориях действующих предприятий и го-
родов, независимо от местных геологических условий. Главнее
здесь — использование свободных от застройки участков, хотя и
с неблагоприятными грунтами, а также трудностями, связанны-
ми с производством работ рядом со старыми зданиями и даже
под ними.
Все это полностью относится и к транспортным сооружениям,
строительство которых в городах может производиться в двух рез-
ко различных условиях:
1. В тесной, давно сложившейся городской застройке, в непо-
средственной близости к зданиям и сооружениям, при необходи-
мости обеспечения их полной сохранности и безопасности строи-
тельных работ. Здесь возникают большие трудности при разработ-
ке котлованов, создающих прямую угрозу устойчивости сосед-
них зданий, и в связи с недопустимостью методов производства
работ, при которых могут передаваться удары и вибрации их
грунтовому основанию.
2. В пригородной зоне, при расширении города, когда возве-
дение транспортных сооружений может опережать промышлен-
ное и гражданское строительство и отпадают ограничения по вы-
бору площадки и сохранению эксплуатируемых зданий. В связи
с наличием здесь земель, пригодных для сельскохозяйственного
использования, транспортное строительство приходится вести преж-
де всего в районах с неблагоприятными грунтовыми условиями
на заболоченных участках, в поймах рек, на слабых водонасы-
щеииых, просадочных и засоленных грунтах. Неблагоприятные
грунтовые условия могут встретиться и в старых кварталах го-
родов.
Наконец, быстрые темпы современного городского строи-
тельства, не допускающего длительных перерывов в движении
о
п. унтам, выну*„,„.цельные методы производи
” X"сокрида”' ср°“” роСот
SESS =“=S
пяться десятками метров.Р анов затрудняет использование
сооружений большая ширина ft смену которым ПрпхОдят
традиционных распорных ьр „онные шпунтовые вертикаль-
крепления анкерные, la*, и т место новым конструкциям
ные ограждения все чаще . используЮт и в качестве посто-
«стена в грунте», которые у ений _ стен тоннелей, пеше-
:ХЭпе"в подземных автостоянок, станций метро „ фун-
ДаТХ2ХоВаия°хЖенТпеРвый план выступает предотвра-
шение вредных динамических воздействии наиэксплуати-
руемые здания от вибрации и ударов погружаемых сваи. Наиболь-
шие сотрясения возникают при забивке железобетонных сваи и уп-
лотнении грунта тяжелыми трамбовками, а опасные резонанс ные
явления наблюдаются во время работ мощных виоропогружателеи.
По строительным нормам [8], допустимое расстояние от забив-
ной сваи до существующего здания должно быть не меньше 20 м
и только в исключительных случаях, на площадках, где нет грун-
тов, уплотняющихся от динамических воздействий, таких, как
пески средней плотности и супеси, разрешается забивать сваи
на расстоянии менее 20 м. Однако при этом требуются специаль-
ные испытания и обследования, которые должны подтвердить,
что при забивке свай не будет происходить обрушений элементов
конструкций эксплуатируемых зданий.
Составные сваи, вдавливаемые в грунт без ударов при укреп-
лении фундаментов, а также буронабивные, буроопускные, кор-
прйгтоЬ’,е пвинтовые сваи нс создают опасных динамических воз-
пяйлрЯуИлт оэтому такие сваи получают широкое применение в
районах старой городской застройки.
отъемлемгю Н Д 3 ментов зданий представляет собой не-
стве транспоотныу гпп°МПЛеК«а стРоительних работ при устрой-
данионными ₽методамиР адхоп” Внутри Г0Рода- Здесь наряду с тра-
подошвы, укрепление старойi кмдкиТп™6 ”е Т°ЛЬК° уширеПНВ
новые методы повыш^иЛг :ладки и подводка к ней сваи, но и
грунтовыми основаниями с п*еИ устойчивости зданий вместе с их
ческого укрепления грунтов и nn?T анкерных креплений, хими-
Роль химического vXn ?PyrHMH сРад«вами.
чип плывунов, которые mofvt «ИЯ осоСе11но возрастает при нали-
хи«и? Попасть «а трассу подзХп”ВСКрЫТЫ УСтР°йством котлова-
еское закрепление плывепг. И выРаботки. Предварительное
6 плывунов обязательно для подготовки
сенных
этой области
- --мощью ве -
скоростью спениаль-
трассы перед проходкой тоннелей под существ'или ими
ниями. У’негтвуюшими х.р же
Строительство в пригородных зонах. Здесь ?.
грунтовых условиях, па намывных и насыпных го1 ятат .г
ет необходимость сложных работ по технической че-иораиии ос
новации — осушению, уплотнению и повышению несущей споеД
пости как под отдельными сооружениями, так и на поотяж—— -
трассах и больших территориях новых районов, В /
нашли применение новые методы водопонижения с по*,
тикальных дрен, сооружаемых с большой г---------
ными машинами, уплотнение рыхлых и слабых грунтов с’повеа^
ностп тра лбовками большой массы, глубинное уплотнение вибра-
торами и с помощью энергии взрывов. "
Несущую способность слабых глинистых грунтов успешно по-
вышают путем устройства песчаных и известковых свай различ-
ных типов.
Свайные фундаменты в пригородных зонах на сла-
бых грунтах возводят из забивных свай новых конструкций спе-
циального назначения — булавовидных и пирамидальных, наи-
более полно используя несущую способность естественных грун-
тов строительной площадки. В фундаментах пассажирских плат-
форм могут быть применены анкерные конструкции, устойчивые
при морозном пучении, винтовые сваи и котлованы без креплений,
вытрамбованные в макропористых грунтах.
Новые конструкции и способы производства работ. Их возрас-
тающая роль характерна для транспортного фундаментостроения
в городских условиях. Увеличение нагрузок на фундаменты и глу-
бины их заложения, создание принципиально новых схем подзем-
ных сооружений вместе с разработкой новых технологических
процессов и механизмов привели к тому, что в дополнение к
традиционным типам фундаментов мелкого заложения, глубокого
заложения и свайным появились и новые конструкции. К ним
относятся прежде всего «стены в грунте», которые служат с одной
стороны элементами подземных сооружений, воспринимающими
внешние нагрузки, а с другой стороны фундаментами глубокого
заложения, которые передают основанию эти нагрузки. Сборные
железобетонные элементы подпорных стен и порталов выполняют
тоже двоякую роль — их вертикальные панели воспринимают
давление засыпки, а горизонтальные подошвы работают как ф; н-
даменты мелкого заложения. Анкеры, заделываемые глубокс
грунт, работают на выдергивание и хорошо сочетаются с грзди-
ционными фундаментами мелкого заложения в сооружениях, пе-
редающих на грунт знакопеременные нагрузки.
Кроме того, для транспортного фундаментостроения в город-
ских условиях характерны новые конструкции вертикальных
ждений глубоких котлованов из свайных стен и стен в грчнте,
устойчивость которых обеспечивается анкерами.
Эти конструкции позволяют решать одновременно две зада-
чи — создание надежного крепления котлована и возведенье
/
после
зашитой глинистого раствора
, .-oomженин. Разработка новых коц.
„иных стен подзсМ1<ого L0 Н лепия ,ювЫХ способов Пр0.
,,Оп, н й стала возможной поел скваж1|1[ „ разработка тра„.
.пвнетва работ, таких, как mi ой „нннстого раствора „
6.4 крепления стенок по т (ЫХ „ ,нескальки.х грунтах.
V-тройство буровых анкеров в п0ДКреПлення фундамен.
} Ртзработаны конструкц ш Д11ЫМИ оуронаонвными СВа.
тов эксплуатируемых зданииобсконных короткпх элементов, Пс.
ями и составными из же. ,вает безопасную проходку тонне,
пользование которых °°rL )0ЙСТВ0 в непосредственной близости
лей под ними, а гакж . 1
глубоких котлованов. способов производства работ ос-
-В связи =ДОехВнотогические операции, из которых в первую оче-
воены и новые техноло с НСПОЛЬЗОванием тиксотроп-
РСДЬ надо назвать P P 5ри^дшую к настоящей технической
революишГв“строительстве глубоких фундаментов и подземных
сооружений.
1.2, РАЗНОВИДНОСТИ ФУНДАМЕНТОВ И РОДСТВЕННЫХ ИМ КОНСТРУКЦИЙ
В транспортном строительстве используются все виды фунда-
ственные им сооружения — подпорные стены^ и порталы. В за-
группы: 1) тяжелонагруженные фундамен-
а также
ментов — мелкого и глубокого заложения, свайные, а также род-
висимости от основной расчетной нагрузки фундаменты можно
разделить на две
ты эстакад, путепроводов, подпорных стен, порталов,
стен и колонн тоннелей, станций, подземных гаражей и стоянок;
2) малонагруженные, к которым нужно отнести фундаменты пас-
сажирских платформ наземных линий метро, глубоких вводов
железных дорог, а также сооружений, устраиваемых на поверхно-
сти земли для обслуживания пассажиров.
Широко используемые сборные железобетонные конструкции
привели к созданию подпорных стен, элементов портала тонне-
™РЫХ-объединены собственно стены и их фундамен-
стен тонн^чри" - 'П В- грунте:|> и Фундаментов вертикальных
устраиваемых о’ткпТаНЦИИ’ подземных гаражей и автостоянок,,
устраиваемых открытым способом.
свай часто Набивных> корневидных и составных
от эксплуатируемых зданий, а из
_______________: и булавовид-
на слабых грунтах. Для
используют также евзи-обо-
диаметров, для малонагружеи-
малых сечений или винтовые,
пучинистых и набухающих
Т Л ° в а “° в • бдения К^торХДИпТСЯ Устройства
Р х при большой глубине кик
сваи часто применяют вблизи с----
Фунда ментостроение
неотъемлемые и весьма ответственны-
части, представляют собой сложные и
ДОрО! остоящис конструкции.
Тяжелонагруженные фундаменты На-
грузки, девствующие на промежуточные
опоры эстакад и путепроводов (рис.
1.1), преимущественно вертикальные
постоянные, а на устои, кроме того и
горизонтальные (давление грунта). Го-
рн читальные нагрузки от грунта и грун-
товой воды преобладают у подпорных
стен, порталов и рамп, стен тоннелей
станций, гаражей, автостоянок и подзем-
ных переходов. Они же относятся к ос-
новны?л постоянным нагрузкам на креп-
ления котлованов и анкера. Абсолютные
значения тяжелых нагрузок измеряются
сотнями и тысячами килоньютонов на
каждый фундамент.
Для фундаментов эстакад, путепро-
водов и транспортных тоннелей харак-
терным является динамическое воздейст-
Рис. 1.1. Эстакада с тяже-
лонагруженным фущаи*?»
том из забивных сзай з
неблагоприятных грунт ,з jx
условиях пригородной зо-
ны:
/ — пролетное строенле: 2 —
тело опоры; 3 — ростэерк; 4 —
шпунтовое ограждение; 5 —
сван; 6 — твердый грунт; 7 —-
слабый грунт
вие подвижных нагрузок и тормозных
сил.
Тяжелые основные нагрузки и значительный собст-
венный вес конструкций тяжелонагруженных фундамент :з
снижают влияние усилий и деформаций, возникающих в грунто-
вом основании при его промерзании, оттаивании, увлажнении л
высыхании. Тем не менее для них характерна совместная рабо-
та конструкции фундамента с грунтовым основанием и засып-
кой. Можно отметить, что главные трудности в строительстве
таких фундаментов связаны с грунтами и менее всего с весьма
простой их конструкцией.
Малонагруженные фундаменты. Основные нагрузки пасса-
жирских платформ (рис. 1.2) определяются собственным зесом
их конструкций и покрытия. При стоечном свайном фундамен е
на грунт передается от каждого из них вертикальная наг?; зка
нс более 50 кН.
Для малоиагруженных фундаментов характерно большое
влияние природных о а к то ров — морозного пучения и
набухания грунтов. Морозное пучение проявляется зимой в yse.t
чснии объема грунта в период его замерзания и сопровождается
подъемом дневной поверхности. Промерзающий ГР>НТ
смерзается с фундаментом и увлекает его с собой. Подъем фун-
дамента в неблагоприятных условиях может измеряться десят-
ками сантиметров, в результате чего опирающаяся на них
конструкция претерпевает большие деформации и даже ра^руше
ние. Подъем за зимний период на несколько сантиметров весьма
обычен, по и он с течением времени приводит к
9
Рис. 1.2. Высокая Па
жпрская платформа с Ma?J'
нагруженным ФУ»Даме11т '
наземной линии метро М
благоприятных гРУнговеЛ
условиях:
1 — железобетонный н
2 _ покрытие платформы Vе’
суглинок тугопластичный' х"
глина твердая; 5 — фуНдаМеГ
ты стоек платформы; 6 — X.,
дамент рамы
разрушению, так как
в исходное положение, а с
фундамент весной нево выше д выше из груНта.
каждым годом[поди; ОТНОСЯт пылеватые лески и супеси,
К пучинис По'казатепем консистенции Л, —0,25 ч-0,5 и боль-
суглинки глины с • увеличивается при повышении
грунта s пср,,м "‘““f-
Подземные пешеходные переходы. Переходы, не отаплива-
емые зимой, тоже подвержены морозном} пучению. Они пред-
ставляют собой прямые или разветвленные в плане тоннели,
монтируемые из тонкостенных железобетонных элементов прямо-
угольного сечения. Вес конструкции тоннеля, включая засыпку
на своде и дорожное покрытие, значительно меньше веса грунта,
взятого в объеме тоннеля. Поэтому лоток тоннеля можно
рассматривать как малонагруженный фундамент.
При наличии пучиниегых грунтов, окружающих обделку пе-
рехода, вполне возможны деформации морозного пучения зимой
и последующего оседания в теплое время
этих явлений в 1976—1981 гг. занимался
Пять переходов, служивших объектами
построены в сильнопучинис.тых грунтах,
пучения по пенам перехода пазухи
года. Исследованиями
Р. Ш. Абукалимов [1].
его наблюдений, были
Для уменьшения сил
котлована были засы-
тлпйПеСК0М’ сверху по полу уложена теплоизоляция, а снизу под
нты М СЛ°И Ще^ня с отводом из него накапливающейся
Виды.
оседаниеВДи™еюГТи^Ип ЧТ° мор?зное пучение и последующее
поднятие днища тоннеля "'JX™'' характеР- Наибольшее
конце марта каждого гола Дстига’?Щее 30 мм, наблюдалось в
меньше поднятия —в нац ’ 3 наибольшсе оседание значительно
ных деформаций нр л т™ЗЛе зимы- Однако накопления остаточ-
выводу о' большом попо-к°У'СЧеИ0- Р- Ш- Абжалимов пришел к
пазух котлована пос iZ гГ»г 4ТеЛЬН°м влиянии песчаной засыпки
пучение по боковым nononv тоинеЛя> которая резко снижала
благодаря трению о стены 1Р СТЯМ Зимой’ а в летнее время
пии. Это подтверждалось нинрпРЯЛЗ пРоцесс оседания копструк-
10 иРовкамп, которыми установлена
гораздо большая амплитуда вертикальных колебаний полз
оси подземного перехода, чем вдоль его стен.
Набухание возникает при повышении влажное ги
рых глинистых грунтов, которые, замачиваясь водой узе:?,
ваются в объеме. Способностью к набуханию обладают та?же
некоторые виды шлаков. В обычных глинах может проя виться
способность к набуханию от замачивания раствора’/и различных
солей.
Высыхая, набухший грунт дает усадку. Для противодействия
набуханию необходимо создать такое давление под подошвой
фундамента, которое не допускало бы его развития в опасных
размерах, и провести мероприятия, препятствующие поступлению
воды в грунт. В отличие от морозного пучения при набухании не
наблюдается прочного примерзания грунта к боковой поверхно-
сти фундамента.
При проектировании малонагруженных фундаментов необхо-
димо кроме расчета на действие основных, дополнительных и
особых сочетаний нагрузок дополнительно проверять их на дей-
ствие набухания и промерзания грунтов и предусматривать меро-
приятия по улучшению водного режима основания.
Порталы, рампы и стены в грунте. Эти сооружения имеют
много общего с собственно фундаментами. Вертикальная часть
Рис. 1.3 Монтаж подпорных стен
портала из тяжелых железобетонных
элементов:
/ — очередной элемент в процессе уста-
новки на место; 2 — ранее установлен-
ная часть стены; 3 — щебеночная под-
готовка
з в э а
Рис. 1.4. Устройство котлована в
условиях тесной городской застрой-
ки:
1 — головки анкерных креплений; ? —
железобетонные стены в грунте
П
/оис 1-3) подвергается гор„301),
Д1 подошва передает на основа.
— rAvfv naB.ieMHtv 1 сдвигающую силу. Если стеца
тальком} Давя нагрузку подви^ фундаМент ее Мод^
--- =L конеТРрИЗОнтально.му шву и рассчитать Са.
Дезобетонных стен фундамент мОНо_
- Аналогичные сборные конструк,
lu -------- „липах и порталах тоннелей.
используются в рампах и гэлементы подземных ссору.
. -----" nor net котлованов — стены в груНте
жений и кРепленИ“О1ГХ7 в'старых городских кварталах они
(рис. 1.4). ПР’'"РрЯИ единственно возможным решением, Сво.
нередко оказываюл ДЛ оы стройплощадки и гарантирующим
подпорной сте'1р1югрунта11ВОДЫ, а
та льному давлению гР} „ сд
„не вертикальней
имеет ра3-3 ’ 'тить по
"СХ=о. У сборных^^^Аналогичные сборные конструк?
лигно соединен с само! - ~ „„„^лах тоннелей,
ции
Наиболее пР?грДУ.Г;к'х котлованов — стены в
креплении глубоких * ---------
1.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТОВ
Транспортное сооружение, его фундамент и грунтовое
ванне составляют единую систему. В связи с этим в з
действие всех элементов системы
! осно-
______________________________________ в з а и м о-
учитывают при расчете
крупных особо ответственных сооружений — больших мостов, тон-
нелей глубокого заложения, высотных зданий. Однако при расчете
оснований сооружений III и IV классов, проверке совместной об-
щей устойчивости и расчете по деформациям для сооружений зна-
чительной жесткости, а также с гибкими связями, и в некоторых
других случаях строительные нормы допускают определять на-
грузки на основание без учета их перераспределения надфунда-
ментной конструкцией.
В свою очередь фундамент и его основание образуют подсис-
тему с настолько тесной связью между ее элементами (грунтом
и конструкцией самого фундамента), что раздельное проектиро-
вание и расчеты для них невозможны, так как усилия в фунда-
t^qJu Пре ^ ' ВГег° заьисят от напряженно-деформированного сос-
тояния основания.
ределяется4 HairLtn/1 ° Д С ИСТе М Ы ФУнламент — грунт предоп-
верностью исходных механических’1*1'4 Методов Расчета и Д°ст0'
с этой точки -,п₽.ши "ичес™* характеристик материалов,
вые основания, так как ппои^" |,адежностью обладают грунто-
стики грунтов’обладают ₽бото^"^С И деФ°Рмативиые характери-
меняются под де^ем при^хТ6"™00"^ “ К Т0МУ Ж<?
од эксплуатации. Расчетные ЫХ ФактоРов и нагрузок в пери-
бее моделей, применяемых nnu ^еЛИ 0С|,оваиий значительно тру-
тов, а современные методы vpvPdC4eTax КОистРУкций фуидамсн-
точности методам строительной T™ грУнтов пока уступают и
R™B.ai0T «сужения'и их S""*"’ с помощью которых
в связи С этим расчетам ™ Фундаменты.
особое внимание. Рантовых оснований нужно уделять
таких я
ческому строению площадки и свойствам груито”
Наибольшее внимание должно быть уделено гее тг • и(»г»Пй
разведке, выявлению слабых, просадочных, засоленных' ча-
ванных грунтов и плывунов, карстовых явлений и о--(.
режима грунтовых вод, прогнозу его изменений на п-
срока службы проектируемого сооружения.
Физические и механические характеристики грунтов опред^-тя-
ют в лаборатории и в полевых условиях, а при установлении'---
мативных и расчетных значений методами математической^-
тистики для транспортных сооружений доверительную вероят-
ность а принимают более высокой, чем для промышлении: ?
гражданских, а именно а = 0,95 в расчетах на прочность и а=0.90
по деформациям. Это вызвано повышенными требованиями к на-
дежности транспортных сооружениий, особенно в городских усло-
виях, где аварии и катастрофы могут повлечь за собой разрушение
соседних жилых и административных зданий.
Рассчитывать основания необходимо с учетом таких природ-
ных явлений, как промерзание, оттаивание, выщелачивание
растворимых солей и набухание грунтов в период эксплуатации.
Расчет оснований дает исходные данные для конструирования
фундаментов и неотделим от них. Давление грунта на фундамент
или подпорную -стену так же, как в реакция основания под до-
дошвой фундамента зависят от размеров, формы и жесткости
фундамента, являясь в то же время функцией нагрузок, передаю-
щихся фундаменту от транспортного сооружения.
Расчет грунтовых оснований — главная и наиболее сложная
часть расчета подсистемы фундамент — грунт. Он регламентиру-
ется главой СНиП 2.02.01.83, в которой даны нормативы к проек-
тированию фундаментов мостов, труб, путепроводов и виадуков
железных и автомобильных дорог1.
Основания нужно рассчитывать по несущей способности
и деформациям, при коэффициенте надежности Kh=1,2. Несущая
способность скальных оснований определяется с учетом расчетно-
го значения временного сопротивления образцов при сжатии з
водонасыщенном состоянии, а нескальных грунтов — на основе
теории предельного равновесия грунтовой среды и исходя из усло-
вия, что- в грунте образуются поверхности скольжения, охватыва-
ющие всю подошву фундамента.
По несущей способности рассчитывают, если: 1) на основание
передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпо^р.-ые
стены, порталы, ограждения котлованов), в том числе и сейсми-
ческие; 2) фундамент или сооружение в целом расположены на
бровке откоса или вблизи крутопадающего слоя грунта; о) осно-
1 Технические
городских мостов
пересматриваются
условия проектирования железнодорожных, автодорожных я
и труб СП 200—62, введенные в действие 30 декзО.яг к i >
и подготавливается соответствующая новая глав. С .
............
ванне с.юж „^считывают по несх щеп способ-
ГР-'^ьные основания тоже ра
3 основное сочетание нагрузок а
Н0СЭти расчеты "Р0"360^ „ воздействий на основное „ особые
пр„ наличии особых нагрхзок
“Реформациям рассчитывают только на основное соЧе.
такие нагрузок. фундаментов. В качестве исходных данных
Расчет конструкции <РУ«Д результаты определения актив-
к расчету фундамента иci . , которые вычисляют при рас.
него и реактивного давлении >Е.
чете основания. фундаментов и родственных им подпорных
Подавляющая iac ФУ Д оится 1|3 бетона и железобетона,
стен, порталов и с. Р приходится на сборные конструкции
зрения строительной механики, не отличаются особой сложно-
Исключением служат ленточные и плитные фундаменты, но для
них разработаны детальные методики расчета и программы для
ЭВМ.
Конструкции, так же как основания, рассчитывают по пре-
дельным состояниям двух групп: 1) по потере несущей
способности или непригодности к эксплуатации вследствие раз-
рушения с учетом неблагоприятных влияний внешней среды, по-
тери устойчивости, текучести материалов, ползучести, чрезмерно-
го раскрытия трещин; 2) по непригодности к нормальной экс-
плуатации из-за чрезмерных деформаций, перемещений, колеба-
ний, а также образования или раскрытия трещин, затрудняющих
или снижающих долговечность (при сохранении несущей способ-
ности).
Речь здесь идет о внутренних разрушениях и деформациях бе-
тона и арматуры, поскольку перемещения и колебания фундамен-
та СТатич^1гппРеДеЛЯ-ЮТСЯ В Х0Де РаСЧеТОВ грунтового ОСНОВЗНИЯ
менты по г мор ” септические нагрузки. Рассчитывают фунда-
ции> ’ ' «Бетонные и железобетонные конструк-
очередь возникают^в ви!е kodV ввешней среды в первую
вием агрессивных солей и rnvS™™ бетона и арматуры под дейст-
в связи с этим назначение v?В0Д’ с°Лержащихся в грунте,
зобетонных конструкций chvun? И типов Цемента и защиты желе-
ная^составная часть проекта Дамептов от коррозии — обязатель-
ней и подпорные РстеныЖ^ л>ГеТ0ННЬ1е Элементы, в частности
грузки, возникающие при погп°АНМ° Учитывать транспортные
и монтаже конструкции [7 15 $7^ И РазгРУзке этих элементов
14
1.4. СОПУТСТВУЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ и механизация работ
транспортные
необходимость в предварительном укреплении грунтД В таких
условиях требуются большие затраты труда и материалов а т аТ
Обеспечение устойчивости и усиление фундаментов. Существ- ю-
щие сооружения можно усилить двумя различными способ
ми. 1) химическим укреплением оснований, подводкой составных
сваи, укреплением и расширением кладки самих фундаментов или
разрушением старой кладки и заменой ее новой, 2) устройством
анкерных креплений на крутых откосах, примыкающих к стаоым
зданиям, устройством мощных ростверков с передачей на них
нагрузок от сооружения, антифильтрационными завесами, стена-
ми в грунте, шпунтовыми стенками, препятствующими выдавлива-
нию плывуна из основания эксплуатируемого сооружения в новею
выемку или подземную выработку.
Техническая мелиорация грунтовых оснований. Такая мелио-
рация в ограниченных масштабах проводится при строительстве
на заболоченных или просадочных грунтах в тех случаях, когда
устраивают подсыпку из привозного грунта для обеспечения нор-
мального движения строительных машин, или уплотняют проса-
дочный грунт после предварительного замачивания, которое нель-
зя выполнить после застройки.
К основным мероприятиям технической мелиорации
относятся: 1) глубинное водопонижение, рассчитанное на весь
период эксплуатации сооружения; 2) глубинное уплотнение виб-
рацией (рис. 1.5) или взрывным способом рыхлых водонасышен-
ных и слабых глинистых грунтов; 3) устройство песчаных и пласт-
массовых глубоких вертикальных дрен; 4) сооружение известко-
вых и песчаных свай.
Химическое укрепление грунтов близко примыкает к
перечисленным работам, но проводится, как правило, на неболь-
ших площадях, главным образом для повышения несущей спосоо-
ностп оснований под эксплуатируемыми сооружениям л и . ассмат-
ривается обычно как одно из средств усиления их фундаментов.
Механизация работ. Известно, что работы нулевого цикла пог-
лощают от 40 до 50% общих трудозатрат при сТРоите^^тД°-
этому основные направления современного флндаментост.
ния-повышение производительности труда, сокращение _а
металла и цемента. Их обеспечение невозможно без применения
новых высокоэффективных механизмов и маш"н- _абот
Современные машины и механизмы для пР°“«0ДСГва рабо
нулевого цикла, созданные в нашей стране п:а Р>^0^П^еЛ.
женин последних 10-15 лет, нампого №одят июнх^-
шественников по мощности, производи >
15
1
Рис. 1 6. Гидравлический
экскаватор Поклэн с на-
весным оборудованием для
устройства глубоких и уз-
ких траншей:
1 — трехшарнирная стрела эк-
скаватора с гидроцилиндрами;
2 — навесная вертикальная
штанга грейфера; 3 — устрой-
ство, направляющее штанги;
4 — грейфер с гидромеханиз-
мом
Рис. 1.5. Снаряд Виброуинг для
глубинного уплотнения водонасы-
щенных рыхлых грунтов:
1 — вибромолот на пружинной под-
весной системе; 2 — штанга рабоче-
го органа; 3 — воронка оседания по-
верхности уплотняемого грунта; 4 —
лопатки, передающие вибрации в
грунт
считались
И С Л О Л Ь-
маневрен-
невозможными°''НЯЮТ ТЭКИе опеРа«ии, которые ранее
3 ° в а и и е гидравдическад механ3 * * * * * **52™1”10 Ш И Р 0 к 0 е
ность и Облегчающих упоат(>ХаНИЗМОВ’ Повь,шающих
прочныИНеМатическими схемам™*^ Также Рабочих органов с но-
жные ХкпаТе₽Иалов- К «им о™‘Ият °Т°ВЛЯеМЬ,х из н°вых высоко-
маневренност1ю₽УЗОПОДЪемность'о 25 мощные сам0'
возможным монтажП«ОХОДИМОСТЬЮ по гр?нту°?аДаЮЩИе большОИ
пример noinAnTaK ьРупных тяже-тв^РУИ^’ их помощью стал
ДИЛИ иРз моноли?вЫХ СТВН « порталов к"“ХСборНЫХ элементов, на-
Гидравличе ™₽Г° бетона- °ТОрь,е еще недавно возво-
габаритные, оснашр^КСКаватоРЬ1 (рис i f \
собны выполнять разл“е СМенным навесным МалошУмные- мал0‘
16 Р личные виды пябпт Ь™ обоРУДованием, спо-
нулевого цикла от выем-
гтиые средства до
метров, без креп-
НОД глинистым
ки и погрузки грунта из котлованов на тр?,н
устройства узких траншей глубиной в дг ятки
ления их стенок, а в неустойчивых грунтах
раствором.
Появляются новые станки для устройства буронаб • .
в любых грунтах диаметром от 8 см до 1,8 м гл би ой 7, «
с цилиндрическим стволом или уширенной пятой.
Особое значение для работы в старых городских --чо-
тесных подвалах существующих зданий приобрели ма.г,г7.: >~-
ные буровые станки и механизмы для безударного вда :л
вания составных свай при укреплении существующих зда и
З.ехническая мелиорация грунтов на больших тер;
сложенных неблагоприятными грунтами, стала возможной то
ко после создания специальных машин, начиная от тя
трамбовок, машин для глубинного виброуплотнения слабы '*
тов, станков для устройства вертикальных глубоких дрен :<с ?ая
фашинами для сооружения известковых и грунтово-пеме гых
с/з свай.
Широкое распространение стен в грунте вряд ли бы стало зс -
. можным без применения современных быстроходных и маневрен-
ных гидравлических буровых станков, с помощью которых про-
ходят скважины для анкеров в любых грунтах.
Устройство фундаментов в стесненных условиях городски за-
стройки и на слабых грунтах в пригородных зонах требует при-
менения самых совершенных средств механизации работ.
Г* ~ Библиотека
у ;М филиала
I/ава
ФУНДАМЕНТЫ
МЕЛКОГО
ЗАЛОЖЕНИЯ
1.1. КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ
К Лундаментам мелкого заложения принято относить такие, у
kotodS разность отметок поверхности планировки и дна котлова-
на не превышает 6-7 м. Дальнейшее увеличение глубины приво-
лит как правило, к удорожанию строительства и тогда применяют
свайные фундаменты. Кроме того, фундаменты мелкого заложе-
ния рекомендуются для строительства в благоприятных грунтовых
условиях, не требующих глубокого водопонижения, сложных креп-
лений котлованов, замораживания и других дорогостоящих меро-
приятий.
Для путепроводов и эстакад характерны столбчатые опо-
ры, нагрузка от которых передается непосредственно на отдельные
фундаменты мелкого заложения или же через подколонники, рас-
полагаемые на общей фундаментной плите (рис. 2.1).
Автотранспортные и пешеходные тоннели имеют обычно прямо-
угольное сечение с двумя полосами движениия, разделенными ря-
дом колонн или стеной (рис. 2.2). Прямоугольные тоннели часто
строят открытым способом и на линиях метро мелкого заложения.
Фундаменты под колоннами тоннелей могут быть монолитными
ленточными или сборными в виде ступенчатых подколонников.
ундаменты под боковые стены могут составлять одно целое с
стенами и их Устраивают в виде несимметрич-
тоннслей "апПраВЛеННЫХ внутРь тоннеля. В строительстве
части котопых иРггерСПеКТИВНЫ стены в грунте, верхние
грунта а нижние сп-жат^КУ °Т пеРекРЬ1ТИЯ 11 бокового давления
’ жние служат фундаментами.
подпорные Ттены*' у₽котооы7врНеЛеЙ использУ1<>т железобетонные
нимают давление грунта^ а нцР*НИе веРтикальные панели воспри-
роль фундаментов. Подпопные гоРизо,1талЫ1ые выполняют
располагаются вдоль поими^я^ СИ«Ы Рамп в отличие от порталов
снабжаются распорками в вепхмТ ВЫемки и- кроме того, часто
Подземные автомобилкикш 3°не.
с. являют собой дальнейшее оаткия*11 И гаРажи по существу преД-
собенности, если их устраивают пИе х’ногояРУсных ‘ подвалов, в
18 °Д большими административ-
из яеиточиьн
мелкого зало-
ними и торговыми зданиями. Их стен
фундаменты, а колонны на отдельные фундХеити
жения. В неблагоприятных гоунторн/ * ----- —
сплошные плиты. РУ х ус; ^виях используются
Фундаменты, несущие большие нагрузки. Фундаменты
заложения строят преимущественно п б л агон п ня - и J / - X
вых условий! не требующих оЛожных креплений ова а £
допонижения. На фундаменты путепроводов, эстакад тон я
стан! ни г предаются большие нагрузки, измеряемые алиями кило-
ньютонов. В связи с этим часто используют монолитные ,е.
железобетонные и комбинированные конструкции. В гоэода
пригородных районах, где имеются заводы железобетонных изде-
лии, целесообразны сборные фундаменты (см. рис. 2.1). Од —
размеры сборных элементов ограничиваются грузоподъе тыо
монтажных кранов и транспортными габаритами. Поэтому й
больших нагрузках обычно применяют комбинированные (по ма-
териалу) решения — сборные подколонники, например, устав э-
ливают на монолитные железобетонные плиты фундамент? • см
рис. 2.1, в).
Стены станций метро мелкого заложения могут быть объеди-
нены с ленточными фундаментами из монолитного б ^то-
на (см. рис. 2.2). Колонны, на которые опирается плоское железо-
бетонное перекрытие станции, передают нагрузку на монолитные
железобетонные ленточные фундаменты. Возводят фундаменты з
открытом котловане. Глубина заложения
их относительно лотка
Рис. 2.1. Фундамея-ы мел-
кого заложения путепрово-
дов и эстакад:
а — одиночный массиагый;
б — то же, под столйча ымн
опорами; в — сборные с сОшей
монолитной плитой
Рис. 2.2. Станция метро «елкого
и..6“м6иЛТ0-Я =ЛбХ“и:ГлЛ^ — < - ....
Mvii I а тг» 9 v ТОТОК
11а фундаменты колонн перСда.
' q стены станции, кроме того, и
’ % Безбалочная плита перекрытия 1(
воспринимают горизонтальное
1 0 — -1
тон вел е и <'ос?а я а ЯС на груз ка
ется вертньз- qcI[HC гр;
горизонтальное Д‘ т011Неля
бетонная ооде. пересечения больших улиц по
1аЖоко₽.Ф”^няе^влТЛ3есобой короткие тоннели с рампам,,
гп-шестве также предо
? лтппят из сборных железобетон-
Р"\втомобильные ^"^'’‘’продольной оси тоннеля опирают на
ны< элементов. Колонны по ПРОД ы> а под стенами укладыва-
емые железобетонные Ф^дчные блоки, выполняющие роль
ют железобетонные несим>P автОмобильные тоннели с вер-
ленточных ФУ«дамеХм„и бедней разделительной стеной, воз-
текальными ограждениями и ср п зжая часть тоннеля поко-
веденными методом стены в гр к ая „ передает нагрузку
ится на железобето”НОкп"’шие нагрузки возникают только при
грунтовому основанию.^Перекрытием тоннеля.
большой толщине засыпки Д п р £ец1еходные подземные пере-
Малонагруженные фунда»i • автомобильным тоннелям.
™ под е„-
“а "Г"’ ширина «'« 4 ” “ мс,° М“,“.РУ”Т.. 1” .“°6е'
ходы по своей кинир)лцпп - ------, - —
При ширине 4—10 м они имеют ленточные фундаменты под сте-
нами, а при ширине менее 4 м их часто монтируют из железобе-
тонных секций, не имеющих специальных отдельных фундаментов.
Поскольку глубина заложения переходов как правило невелика,
нагрузка на грунт от них небольшая. Однако эти сооружения чув-
ствительны к морозному пучению грунтов (см. п. 2.4).
Наземные павильоны пешеходных тоннелей, вестибюли у вхо-
дов в станции метро, высокие посадочные платформы наземных ли-
ний и железнодорожных глубоких вводов передают на фундаменты
тоже незначительные нагрузки. У вестибюлей они примерно соот-
ветствую.' нагрузкам от двухэтажных гражданских зданий, у вы-
соких посадочных платформ еще меньше. Поэтому на первый
взгляд может показаться, что проектирование и строительство та-
Не пРедст5вляет особых трудностей и можно ис-
‘тэ птйгп С00РНЫе желез°бетонные типовые конструкции.
сооруж*ениеП стооится' СЛОВИЯ\ЭТ° И На самом деле так- Но если
гр/н^юявХ^ ПучИНИСТЫХ
грузка на г ’ связаиные с тем, что малая на-
морозного пучения или набу^шТв устойчивости против сил
обычному расчету (Ьунламри . ИЯ‘ & связи с этим, в дополнение к
ки, его рассчитывают и на Та на П0СТ0Я11НЬ1е и временные нагруз-
венно и конструкции Лушами Дополнительные силы. Соответст-
работе в таких условиях Д°ЛЖНЫ быть приспособлены к
Малонагружснные фундамента «
фор । ^часто монтируют из сблппи ВЫС0КИх пассажирских плат-
личпии формы (рис. 2.4). Несим\!Х Желез°бетонных блоков раз-
мом°рТиЮТ П0Д Действием вертикал/?ИЧНЬ1е ФУНдаментные блоки
МО1ентов- веРтикальных сил и опрокидывающих
29
Рис. 2 3 Подземное пересечение больших улиц
/ — тоннель; 2 — проезжая часть улиц
Рис 2 4. Сборная железобетонная платформа с малонагруженными фунлсМсг.
тами и их варианты
Рис. 2.5. Платформа с дву-
мя (I и 11) видами мало-
нагруженных фундамен гов
/ — покрытие платформы; 2 —
свайный фундамент; 3 -фун
дамент мелкого .заложения,
4 — стойка; 5 — лоток
Рис. 2.6. Малонагруженпый
фундамент пассажпрСКой
платформы из сборных же-
лезобетонных блоков:
I — покрытие платформы; 2
сборные блоки; 3 — проем njJZ
лотка я
На пучинистых и -^"^0 А£
ловлях находятся фу Z4bIU0M числе на вводах железнодорож-
- и Ленинграде. Начинке
X г на железных дорогах платформы строили типовыми по про-
«кту Гипропромтрансстроя на стоечных железобетонных опорах
рамного типа, состоящих из горизонтальных ригелей и вертикаль-
ных стоек с фундаментными башмаками. В процессе эксплуата-
ции эта конструкция показала себя недостаточно прочной. Под
действием вибрации от временной нагрузки, промерзания и оттаи-
вания, а также от других причин стали расшатываться опоры и по-
надобилось их усиление диагональными металлическими схват-
ками.
Позднее были разработаны новые типовые конструкции, в ко-
торых сечение стоек и ригеля увеличено, повышены марки бетона
по прочности и морозостойкости и в дополнение к стойкам на
•фундаментных башмаках даны длинные сваи-стойки, погружаемые
в лидирующие скважины, заполняемые цементным раствором. На
более позднем этапе развития конструкций типовых высоких пас-
сажирских платформ, нашедших отражениие в ГОСТ 24155 — 80,
в отличие от предыдущих была предусмотрена более высо-
ка я мороз ос т о й к о ст ь бетона.
мало^нпппи^^ С ФундДментами (рис. 2.5) было построено
Иа непучинистых грунтах™ 2^Г°ДНа
'иИР0К° “зуемых в
который служит фундаментом
Как правило, весь вес пеоехотя о
ход^ппйг3 грунтовое основание4ТемК2Ие ,Н0М Счете пеРевается его
пяти пп бЛИЖается к фундаменту й» Не менее конструкция пере-
пучениюв«К0В ” В том числе по потвК°Г° заложения по целому
1мнее время. Дверженности к морозному
22
и опор
применяющихся для кладки
—: многопустотных
покрытиях зданий." Нужно
j для строительства только
т Р У Д н о выделить элемент,
2.2. РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
а такжр'лоЩадиХЬоШ№"Дсечений^^
ГРУЗ»’^ ......;
валов, подземных устройств и соседних фундаментов*z/'t*-'--
ческих и гидрологических условий строительной плошат^ ТТ
характера грунтов, степени их пучинистости и на.™
вод, 3) климатических условий района строительства и прежде -
го глубины промерзания грунта. Размеры подошвы фтндамеч-а
предварительно подбирают, проверяя их по формулам сспдотиа-
ления материалов для центрального или внецентренного сжатия
действия нормативных нагрузок. Назначенные размеры провезя ют
TaKzKe расчетом по деформациям, а в случае необходимое";! л из
устойчивость всего сооружения.
Общие положения расчета. В соответствии со СНиП осно-
вания и фундаменты сооружений нужно рассчитывать по д з у м
группам предельных состояний:
по первой группе необходимо проверить несущую способность,
(прочность) основания, нарушение которой влечет за собой поте-
рю фундаментом (сооружением) устойчивости положения. Необ-
ходимость такого расчета возникает при передаче на основание
больших горизонтальных или выдергивающих нагрузок, при огра-
ничении основания нисходящим откосом, при неглубоком заложе-
нии фундамента в насыщенные водой глинистые грунты мягко-
пластичной и текучепластичной консистенции;
по второй группе предельных состояний следует определять
деформации (точнее перемещения). Этот расчет необходим
всех случаях, так как большие и особенно неравномерные осадки
основания могут вызвать разрушение строительных конструкции,
т. е. потерю ими прочности.
11спользуемые расчетные значения механических харак-
теристик грунтов связаны зависимостью:
характеристики основная —
трения ф, удельного сцепления
устанавливаемый по метод?-
в зависимости от изменчив.--ста
числа определений и значения юзери-
где
'Д(н) — нормативное значение конкретной
удельного веса у, угла внутреннего
с нескального грунта и др/,
д-г — коэффициент безопасности по грунту,
ке, изложенной в СНиП,
т^ьной^вТроятаосп^а^рав'иой 0,95 вГрТсчетах по н-^ей слособ-
Пр,. а понимается
Расчетные значения характеристик грунта при. н£
сушей способности обозначают р, <рь d. а по дефор а- --
У’П, %!Ь Gl- *
что
иди
---------" ,ита на осН пызываст в последнем и
п, фунД«м*-н лпНованнем в» проЯВляютееся в том
Давле"р, фунда',с1" всанное с°сТ°” (напряжения) и персмсще-
н<евня мере- Ф-формиров ленпя ( р ч11Тывают на основ-
пря*е««°яеов"нин в03,’"Ьяам конструки1!ЮаРпо нссущей способное
чт0 VЛеф о Равных нерасчетных нагрузок, т. е. с
ленным давлен
мента
(21>
вреМСНИЫх нагрузок. действующих на фунд,
v ._ CVM'113 "^Жомбинадии;
где
мент В «имГвес фун^меНТВ;я
б - собственнын^^'фундамента-
на поверхность осп
мальное
давление от фундамента
I макси-
u
(2.2)
заданной
к наибо-
J’max А
„ „„ .. »-
г-д®*““m °™””
лее нагруженному ребру. ин ЧТО равно-
фор»,™ (2.1) » (М »Р™= >““х W. сечения
действующая А т° всех F
по подошве фундамента.
Рис. 2.7.
Схемы к определению вертикальных давлений в основании
дамента
— Значенн я коэффициента ч, Уиеличеинме „ )w, ’
rn=2z b или т -z г Круглые фунда- менты 1 Прямоу 1 1 1 голыше фундаменты сторонп i h с о-гнбшечием
—— 1,4 1 1 1 ,г 1 •л
0,0 0 4 0,8 1,2 1,6 2,0 2.4 2,8 3,2 3,6 4,0 4,4 1000 949 756 547 390 285 214 165 130 1000 960 800 606 449 336 257 201 160 1000 972 848 682 532 414 325 260 210 1000 975 866 717 578 463 374 304 251 1000 976 875 740 612 505 419 350 294 1ооо 977 879 749 630 529 449 383 329 1600 ! 977 881 754 639 545 470 410 360 ИЛ) 977 ЗД| 7-55 642 550 477 420 374
106 87 73 130 108 91 173 145 122 209 176 150 250 214 185 285 248 218 320 285 256 377 ЗГЛ 2ЯО
4,8 5,2 5,6 67 53 46 77 66 58 105 91 79 130 112 99 161 141 124 192 170 152 2-30 208 189 । см см дч
6,0 40 51 70 87 НО 136 172 208
6,4 36 45 62 77 98 122 158 196
6,8 32 40 55 69 88 ПО 144 184
7.2 28 36 49 62 80 100 133 175
7,6 24 32 44 56 72 91 123 165
8.0 22 29 40 51 66 84 ИЗ 158
8,4 8,0 21 26 37 46 6Q 77 105 150
19 24 34 42 55 70 98 144
9,2 18 22 31 39 51 65 91 137
9.6 16 20 28 36 47 60 85 132
10,0 15 19 26 33 44 56 79 126
12,0 09 15 20 26 34 44 60 104
Если для основания используется расчетная модель в виде
линейно-деформируемого полупространства, то при нагрузке
равномерно распределенной по площади прямоугольника (рис.2.7 >
а), полосы пли круга, на глубине z под центром О этой площади
(в точке О') вертикальное давление
pz-=ap, (- 3>
где а — коэффициент, найденный исходя из рассмотрения грунтового осн за
ния как упругого полупространства и принимаемый по табл. 2.1 з
зависимости от отношений п=1Ь и m — 2zb (при этом I и b со-
ответственно длина и ширина прямоугольника), а для круга радиусом
г величина m=z(r.
На вертикальной оси, проходящей через угол А равномерна а-
груженного прямоугольника давление
p'z = «j Р, (2 4>
где а, —0,25а, причем вместо т—2г}Ь нужно брать гщ — гЬ.
та для расчета его собстПвеТнп?^ДаВЛеНИЙ по п°Д°шве фундамен-
нагрузки, приложенные к Обструкции
ный вес последнего и вес °vpe3y ФУнда‘^нта
« обновленными РУНТа на
R " ^>идаменте.
жестких. Hna6reJo?HbIe ФУбДаменты рассматп
, и сводится и РассматРиваются в качест-
венна ИР п^ей вь*соты Лф, поиДкпеНИЮ пРедельиой ши'
за пределы пп И КОтоРых скалывающие
Р счетных сопротивлений ма-
пгпову метода угловых точек,
„р положено в осН°в*и действия сил позволяет Оп
Это PCIUC“" 1HUHnv независимо пр0Х0ДЯ1Цей через любую
который IK> Р на вертикаль» б) для этого нагружен.
ределять дав- ОСНования (Р четЫре прямоугольника
S?-SSlSS ,ro“ “ у"“
EBGM, * • алгебраическая сумма угле
ВТПолное давление ""fix "от нагрузок, распределенных по Пло.
щадям отихИпрямоУ^^Ткоторую проходит исследуемая вер.
Если же точка А1, через наГруженного прямоугольника
тикаль, находится за предел .наР)прЯмоугольники EBGM и
ABCD (рис. 2.7, в), то н т ? действующими вниз, а на-
HDFM считают положитель , и HCGM — отрицательными,
грузки на прямоугольник
т. е. направленными вверх. Проверка прочности пронз-
Расчет ФУ>«амХ „аготТи и с^тоит в определении реактив-
водится на расчетные нагрузкии со ’ сечениях ф
илгл 1ЯП1РМИЯ ПОД ПОДОШВОЙ, усилим D
дамента. требуемых размеров элементов фундамента и площадей
СеЧНагрузки отчетен или колонн считают приложенными на уров-
не обреза фундамента. При этом учитывают основные сочетания
нагрузок состоящие из постоянных, длительных и кратковремен-
ных нагрузок, а также особые сочетания, в которые, кроме пере-
численных нагру’зок, входит еще одна из особых нагрузок, напри-
мер, воздействие неравномерных деформаций основания, связан-
ных с просадками грунта при замачивании или вечномерзлых
грунтов при оттаивании.
Для каждого из этих сочетаний нагрузок определяются следу-
ющие комбинации усилий: 1) наибольшая
сила и соответствующие ей момент и поперечная сила; 2)
больший положительный г______________
ная и поперечная силы; 3) наибольший отрицательный момент и
соответствующие ему нормальная и поперечная силы. Фундамент
должен удовлетворять условию прочности при любом сочетании
нагрузок.
При определении реактивных давлений пл ггг»пг\тгт1-»л ж»гттгто»<ои-
конструкции учитываются только
______________________________________1, так как собствен-
его уступах уравновешивают-
усилйй^7а^Гф7нд^нтеаКТИВНЫМИ давления.ми, не вызывая
ве жестких, а расчет их
рины Ь} -
напряжения не выходят
териала фундамента.
26
усилий: 1) наибольшая нормальная
I наи-
момент и соответствующие ему нормаль-
Рис. 2.8. Схемы к расчету фундаментов
Эти величины определяются по зависимости (рис. 2.8, а):
bnp =^+2(^p-^0)tga,
(2.5>
где Ьо — ширина фундамента у начала уширения;
h0 — глубина заложения верха уширения;
а — предельный угол уширения фундамента от верха уширения к ~:-
дошве, который для каменных фундаментов в зависимости от мар-
ки раствора принимается от 26° до 38°, для ленточных бетонных фун-
даментов — от 30° до 36°, для отдельных фундаментов под колон-
ны в зависимости от марки бетона и давления на основание — от
26° до 33°.
Железобетонные фундаменты рассчитывают на продазди-
ван не и изгиб. Расчетом на продавливание определяют вы-
соту фундамента, которая должна быть такой, чтобы напряжения
от расчетной продавливающей силы N воспринимались одним
бетоном, т. е. не требовалось поперечной арматуры. Для квадрат-
ных центрально-нагруженных фундаментов должно быть удовлет-
ворено неравенство (рис. 2.8, б)
Л'<0,75ЯрЛоиср, (2.6>
Где д>р _ расчетное сопротивление бетона при растяжении,
Ло — рабочая высота сечения фундамента;
п — среднее арифметическое между периметрами верхнего и ннжаего основа-
ний пирамиды, образующейся при продавливании в пределах рабочей вы-
соты фундамента.
Продавливающую силу N принимают равной нормальней си-
ле действующей у обреза фундамента, за вычетом нагрузок, при-
ложенных к большему основанию пирами ты продавливания.
нагруженных фундаментов ирОдав.
При расчете внецентренно наП .
ливаюшая сила j/7maX, (2 7)
~ :SS.S"SS«^
"ma* _Л,-.-roT-iniiTe'rO МО'-СИТЭ.
веди-
Расчетное
чины нср подстав
и нижней
Лер
1 плит от расчетной нагрузки с
аВ« без учета веса фундамента и грунта.
/9 остается в силе, но вместо
- евР?яютСср°ед .ее арифметическое между верхней
-^Гстортнами одной грани пирамиды продавливания, т. е.
Н°а5,!з?и+б^-елезобетонный фундамент рассчитывают после ус.
тановот его общей высоты, определяя требуемое армирование.
Чтя этого вычисляют изгибающие моменты в сечениях фундамен-
та по граням колонны (рис. 2.8, в). На всю ширину b сечений и /
от реактивного давления р грунта по всей площади консольного
свеса, отсекаемого рассматриваемым сечением (рис. z.o, в), возни-
кают моменты:
по сечению I-I
AL = 0,125^(Z- а)2;
(2.8)
по сечению //"//
Afn=0,125pZ(*-\)2. (2-9)
случае внецентренно нагруженного фун-
разные,
В самом общем
дамента, когда реактивные давления под всеми углами
определяют усилия (рис. 2.8, г):
(2.10)
(2.11)
где QK
Л/,
Остальные обозначения — по рис. 2.8, г
Расчет оснований фундамент» ™ ж
Ниям, точнее - по перемешеч-"™ ° Аеформациям- По деформа-
считывают исходя из условна- ' ’ основания фундаментов рас-
Л,к = Q'k = bL2(zpt -г р2):6;
Л = °-5 (Ри + р12); р2 = О,5(рл -у р2 ),
граниойЙпрюм“ау^^^ равная объему четырех-
- .момент си₽лы Q^otTXmk°СН08анию-
A_,RMl-JA лАло»тл»»л...._. _ Л ' '*
Расчет оснований фундаментов
считывают исходя из условия:
где s
$Пр
сооружения.
При этом
___ " лр> (2.12)
>ужйельная (доп₽СТим"я)°СНсовместн1>ГДпр1Н’ГОВ всего сооружения;
ал Деформация основания и
ХойТ*^^^ и сооружения мо-
фундамри аДК°И ОТДЬ1ьного фуцпЯМрИЧНЫпИ величипами: 1) абсо-
ФУ - ментов сооружения 3) разностГ^ 2) средней осадкой
28 ’ Разностью осадок двух фундаментов,
Рис. 2.9. Схемы к расчету осадок фундаментов:
/ —уровень (отметка) планировки; 2 — то же, поверхности природного рельефа: —
то же, подошвы фундамента; 4 — граница (уровень) i-го слоя, верхняя; 5 — ме»
нижняя; 6 — нижняя граница (уровень) сжимаемой толщи
отнесенной к расстоянию / между ними, т. е. i=(si—s2):Z; 4 кге-
ном 0 сооружения или его фундамента и другими величинами.
Осадку основания, рассматриваемого в качестве упругого ли-
нейно деформируемого полупространства, определяют методом
суммирования осадок отдельных слоев в пределах сжимаемой
толщи основания. В основу метода послойного суммиро-
вания положены следующие допущения (рис. 2.9, а).
Считают, что осадка основания происходит только после при-
ложения дополнительных давлений ро, возникающих в грунте ?т
нормативной нагрузки сооружения сверх природного (или быт -
вого) давления рб от собственного веса вышележащего грунта (до
отметки природного рельефа). Дополнительное вертикальнее дав-
ление
Ро-Р-Рб,
где р — среднее проектное нормативное давление под подошвой фундамез»а,
которое условно принимают равным фактическому.
Полагают, что осадка происходит только за счет деформации
грунта в пределах некоторой сжимаемой толщи ограниченной
мощности, расположенной под подошвой фундамента мелке за-
ложения. Нижняя граница сжимаемой толщи для песчаных и
глинистых грунтов находится на такой глубине z от подошвы
Для оснований городских
фундамента, на которой дополнительное давление р.г составляет
некоторую часть от природного ры. Для оснований городских
транспортных сооружений, имеющих, как правило, неоолытю
рину подошвы, нужно руководствоваться рекомендациями СНиП
2.02.01—83 «Основания зданий и сооружении».
29
(2.14)
_ п о Л II и Т с л Ь Н Ы Х Давлеи,,н В Грун
Распределение ДО формулой, полученной по теор '
те принимают в с0°Хт™ства В случае прямоугольной подОЦ|!
упругости ДЛЯ пол>п"Р°7трЛ.ьное давление под центром под0Ц1в
вы₽фундамента ^"формуле (2.3).
на глубине г определяют о ф И JaeHHe в грунте от сооружения
П0СК0Лу Сжимаемой толщи непостоянно, а уменьшается с уВе.
в пределах сжимаемой ия осад0к сжимаемую ТОл.
ГвРпредет“х каждого слоя i считают равным полусумме давле.
ннй на верхней и нижней границах рассматриваемого слоя.
Понижают что деформация укорочения каждого слоя про-
исходит при отсутствии бокового расширения, и что в пределах
всей сжимаемой толщи осадка слагается из осадок отдельных
слоев с различными модулями деформации Е{. Конечная (ста-
билизированная) осадка
лс .
д-?у pjh
lc=l 1
где Пс _ ЧИсло слоев, на которое разделена по глубине сжимаемая толща
основания;
₽ — безразмерный коэффициент, равный 0,8.
Предельно допустимые значения совместных деформаций snp
основания фундамента зависят от конструкции сооружения. Так,
например, для железобетонных рам относительная разность оса-
док не должна превышать значения 0,002, а максимальная абсо-
лютная осадка snp=8 см.
При грунтах основания, сложенных по всей площади проекти-
руемого фундамента слоями с уклоном не более 0,1, предельные
максимальные и средние абсолютные осадки допускается увели-
чивать на 2ч iQ,
Н?бухающих грунтов основания предельные значения
принимают**! ГКСИМа^го и среднего) подъема фундаментов
чений осадок змеРе от соответствующих предельных зна-
четная Камоде<льН°ВсюнпТ°ДИКИ опРеделения осадок положена рас-
РУемойсплпшмп”ОСНОванияв линейно д е ф о р м и*
-Р-ичить среднее^дав-
области возникающих пластических ПрИ КОТОрОМ
тельно нарушают и^ских Деформаций лишь незначи-
ГО требуется удовлетворить уЙвийм?УеМ°СТЬ основания- Для эт0‘
Дсо Е и р
Р ЛГП<1Х
причем по СНиП
(2.15)
'”lW2
И'
(2.16)
30
где
Wl
Рср среди' е давление на основами**;
Л - расчетное давление на основание (его пгянитьнее ~ ____
четным сопротивлением»); правильнее а«.о,ы . <рае-
Лпах - наибольшее краевое давление под подошвой ф-.ид:,
и т2 - коэффициенты условий работы соответственно г-.тктовото .
сооружения во взаимодействии с основанием-
- з^^товТспь™™^™’ "₽“'имаеиый ™ единице при «м. ре-
в!Хм данным; ГрУ"Та “ СТР°ИТ“ и 1,1 -»
f— безразмерные коэффициенты, значения которых принимаютя • ' 2
в зависимости от расчетного значения рт.та L
грунта;
Ь — меньшая стсрэна (ширина) подошвы фундамента;
• и» 1 осредненный по слоям расчетный удельный вес грунта, залегающего
соответственно ниже и выше подошвы фундамента;
глубина заложения фундамента от уровня планировки срезкой у-
сыпкой;
сц расчетное удельное сцепление грунта, залегающего непосредстве-^с
под подошвой фундамента;
Ло — глубина заложения до пола подвала (при отсутствии подвала прини-
мается равной нулю).
Коэффициент mi условий работы основания зависит от вида
грунта, его влажности и консистенции (по СНиП зна-
чения nii = 1,1 ч-1,4), а коэффициент т2, кроме того, зависит еще и
от отношения длины сооружения к его высоте (по СНиП
значения т2= 1,0ч-1,4).
Пример 2.1. Нужно найти расчетное сопротивление основания из суг.тлихэ
с удельным весом = yjj = 18 кН/м3, углом внутреннего трения си=24® и удель-
ным сцеплением сп = 10 кПа, если фундамент имеет ширину Ь = 4 м при глубине
заложения Л = 2 м.
Коэффициенты условий работы сооружения и надежности: mi = 1,2; m2 = I,0;
= 1,1.
По формуле (2.9) искомое расчетное сопротивление грунта основания
1,2-1,0
(0,72-4-18 4-3,87-2-18 4-6,45-10) =278,925 кПа.
Таблица _ 2
Значения коэффициентов Л, В и 2 ’
VII’ грал А в D VII’ град А в D
10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0,18 0,23 0,29 0,36 0,43 0,51 0,61 0,72 0,84 0,98 1,73 1,94 2,17 2.43 2,72 3,06 3,44 3,87 4,37 4,93 4,17 4,42 4,69 5,00 5,31 5,66 6,04 6,45 6,90 7,40 30 32 34 36 38 40 42 44 45 1,15 1,34 1,55 1,81 2,11 2.46 2.87 3,37 3.66 5.59 6,35 7,21 8,25 9,44 10,84 12.50 14,48 15.64 7.95 8 55 9.21 9.SS 10,80 11.73 12,77 13,96 14,64
31
м.пучемой толщи основания, определяем^
Если в пределах сял1ма ; полупространства, располо^ '
как для линейно ДеформиР^^ J0’ кПа> а также есл[| оже,,
грснт с модулем дефор- р) больше 10 м и модуль ДефД '
мен г имеет ширин} (или Д т независимо от глубины залегани,
мании грунтов '‘формации основания нужно опре-Д
ля^СнрвХТрасРче™ук.модель линейно деформируемого с.10я
"Тэтих ?луч°аяхШоИсадЫКа основания отдельного фундамента Мел.
кого заложения
пс
s = ЬрМ
/=1
ki ~~
„ » к .пиоииа поямоугольного или диаметр круглого фундамента;
д среднее давление на грунт под подошвой фундамента,
Л1 — поправочный коэффициент, определяемый по табл. 2.3 в зависимости
от т' отношения толщины упругого слоя Н к полуширине 0,5^ или
радиусу г фундамента при его ширине 10 15 м;
пс _ число слоев, различных по сжимаемости в пределах упругого
слоя * И 4
kt — коэффициент, определяемый по табл. 2.4 для i-го слоя в зависимости
от формы подошвы фундамента, соотношения сторон его подошвы
n=ljb и отношения т глубины залегания подошвы слоя z к полу-
ширине или радиусу подошвы фундамента;
£. — модель деформации гго слоя грунта. .
Расчетное значение толщины ЯР2Сч (в метрах) линейно дефор-
мируемого слоя (рис. 2.9, б) принимают до кровли грунтов с мо-
дулем деформации £^105 кПа и для фундаментов шириной или
диаметром более 10 м при модуле деформации £^104 кПа. При
этом
(2.18)
расч 'о ‘ ’
где Wo, t — равными соответственно для оснований, сложенных
песчаными гр?нтНамнМИ6 м "o.l. °’’5’ Э ДЛ” оснований- воженных
личено^на6 П° Ф°РмУле (2-18), должно бытьуве-
£<104 кПа ести чт?т Л°-Я гРУнта с модулем деформации
его не превышает Гм Пп" Распол?жен ниже Ярасч и толщина
ри большей толщине слоя такого грунта.
Значения коэффициента М Табл и и а 2.3
Предел отношения т'^Н л ИЛИ/П*=Н,Г “ Л! Предел отношения пГ»=2// b или /л
0 <W,C0 5 0,5</и'^Д ’ 1 <т'^2 32 1,0 0,95 0,90 СО ьо А А /А А СО 0,80 0,75
Значения коэффициента ь ч^иииента k, умноженные на 1 Таблица 2 4 боо
гп Круглые фунда- менты Прямоуголы.не ф.унДДЗ ; сторон п, равным W 1 '1ЯИГЧ-
0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 1 1 _м 1 ‘•8 1 2,4 3,2 | — ты ау>
000 90 179 266 348 411 461 501 532 000 100 200 299 380 446 499 542 577 000 100 200 300 394 472 538 592 637 000 100 200 300 397 482 556 618 671 000 100 200 300 397 486 565 635 696 000 100 200 300 397 486 567 640 707 ооо 100 200 300 397 486 .567 6 Ф0 709 000 им 208 311 412 oil 605 687 763
3,6 4,0 4,4 558 579 596 606 630 650 676 708 735 717 756 789 750 796 837 768 820 867 772 830 883 8-31 892 949
• 4,8 611 668 759 819 873 908 932 1001
5,2 5,6 624 683 780 884 904 948 977 1050
635 697 798 867 933 981 1018 1095
6,0 645 708 814 887 958 1011 1056 1138
6,4 653 719 828 904 980 1031 1090 1178
6,8 661 728 841 920 1000 1065 1122 1215
7,2 7,6 668 736 852 935 1019 1088 1152 1251
674 744 863 948 1036 1109 1180 1285
8,0 679 751 872 960 1051 1128 1205 1316
8,4 684 757 881 970 1065 1146 1229 1347
8.8 689 762 888 980 1078 1162 1251 1376
9,2 693 768 896 989 1089 1178 1272 14G4
9,6 697 772 902 998 1100 1192 1291 1431
10,0 700 777 908 1005 1110 1205 1309 1456
12,0 710 794 933 1037 1151 1257 1384 15-50
а также если вышележащие слои имеют модуль деформации
£<104 кПа, осадки основания фундаментов определяют исходя
из расчетной модели линейно деформируемого полупространства
методом послойного суммирования. Для основания, сложе:тного
глинистыми и песчаными грунтами, значение Нрасч спреде.
как средневзвешенное.
Расчет оснований фундаментов по условным расчетным сопро-
тивлениям. Для предварительного назначения размеров фхндл-
ментов мелкого заложения, а во многих случаях также
и для окончательных расчетов, при назначе и
ЧеТНЫХ СОПрОТИВЛСНИЙ R, ВХОДЯЩИХ В формулы
пользоваться и условными Ro (таол. -.о Значе.
Ro в табл 25 и 2.6 относятся к фундаментам шириной t>e 1 и.
2-68
Таблица 2 г> сопротивления /?О крупнооб.чомочных условные расчетные грунтов
В«1 круп .ооипючного грунта кПа Вид песка » кПа ДЛЯ гру(1Тов
плот- ных сред, неп плот- ности
Галечниковый (щебен. 600 Крупный Средней крупности Мелкий маловлажный 600 500 500 400
стый) с песчаным заполните- 400 300
То же, влажный и насы- 300 200
Гравийный (дресвяный) из щенный водой
обломков пород. 500 Пылеватый маловлажный 300 250
Кристаллич еских 300 То же, влажный 200 150
осадочных » , насыщенный водой 150 100
Таблица 2.6
Условные расчетные сопротивления /?0 глинистых
грунтов (в килопаскалях)
Вид грунта Непросадочный грунт Просадочный грунт
Коэф- фици- ент порис- тости е Консистенция природного сложения уплотненный
0 1,0 Удельный вес сухого грунта, кН/м1
13,5 15,5 16 17
Супесь Суглинок Глина Примечание, в невозможности замачивани 0,5 0,7 0,5 0,7 1 0,5 0,6 0,8 1.1 числител я; в зна 300 250 300 250 200 600 500 300 250 е привел менател 300 200 250 180 100 400 300 200 100 ены зна 2 — при 300 150 350 180 чей 1я А*о сс О > 0,5, воз 350 180 400 200 степенью можности з; % 200 250 влажности 1мачипания. 250 300 О < 0,5 при
имеющим tjivChhv оопля» ,
и h для получения расчетиыЯ м' ДРУГИХ значениях b
четные/?0 уМН0Жа ^ х сопротивлений R условные рас-
h- Я На коэФФициент k с учетом величины
при Ми
(2.19)
при Л < 2 м
k
b-h
где ki
b
^2
Ч / J * ’•» г,' • МЯТ}
коэффициент, учитывающий влияние шит > •
маемый для оснований сложенных znvn * 'т* ---. а пр«и-
МИ грунтами, кроме
песками и глинистыми грунтами, разимое- « =мле*гпж«
ширина фундамента, Ь. равно 1м
— коэффициент, учитывающий влияние ттль™
та и принимаемый для оснований riJio Ы заложен чя Ъ
песчаными грунтами оаы.ым П А “ол<енвых ,
глинами - 0,15; ₽ °’2°’ Супеся,<я й
V"-kH/“' грунта- Расположенного выше подошвы
Остальные обозначения прежние.
При глубине заложения фундаментов h<2 м для пс-эе-.и»
величины R (см. табл. 2.7) значения До (см. табл. 2 7)
ют умножением на коэффициент .... '
*„=(Л + Л0):(2Л0). 2,-
Для неслежавшихся отвалов и свалок значения R понижают
на Rn=0,8.
Пример 2.2. Необходимо определить условное расчетное сог.эотизл- е -
нования для условий примера 2.1, если JL = 0,5 и е=0,7.
По табл. 2.6 путем интерполяции находим /?0=215 кПа, но так как шизчда
подошвы фундамента Ь=4 м, а не 6о = 1,0, то находим коэффициент до
формуле (2.19):
1+0,05
4-1,0
1,0
= 1,15.
Условное расчетное сопротивление
/? = /?о k = 215-1,15 = 247,25 кПа.
Это значение достаточно близко к тому, которое получилось в приме-
ре 2.1, если принять т1 = т2=&н= 1,0, имея R — 278,925 кПа.
Т а б я д 2 2
Условные расчетные сопротивления /?0 слежавшихся насыпных грунтов
(в килопаскалях)
Вид грунта Пески крупные} средние и мелкие, шлаки и т. п. Пески пылезатые. глазастые груи’Ы, ЗОЛ т. •.
Степень влажности
G^0,5 G>0,8 G<0,5 t/i о Л о
Уплотненные насыпи 250 200 ISO 150
Уплотненные отвалы грун- тов и отходов производства 250 200 150 120 180 120 120 150 100 100
То же, без уплотнения Уплотненные свалки грун- 180 150
тов и отходов производства 120 ItV) 80
То же, без уплотнения 100 iUv
Примечай и е. Значения Ro относятся к фундаментам с глубиной здложенмж
2*
лнтов ПО несущей способности. дт
Расчет ос«ХН”Йва?НпА&кУ уСЛ°В“Я "Р04"0™ °СН0Ва"'<я:
расчет преДУ««атр1 х^Ф!кн, (2.22)
нагрузка, передающаяся на основание при основном
где * ' Йо '^"”?;ХГРЙвания, определяемая для нескальных Груи.
л несущая способность равновесия,
ф " тов ИЗ условия ИХ пресно Дмаемый в завиС1?М0СТИ от
. _ коэффициент наде*ь“™тедствий потери им устойчивости и стене»’
ве^ч^^нмти^груятсщыхОС'условий. В° ВСеХ СЛУЧЭЯХ К°Эфф"вде"!
«• "»“>“»>' ФУ«.-
ЯеНЕс™ основание сложено нескальными однородными грунта.
ми находящимися в стабилизированном состоянии, и если фуНда.
мент имеет плоскую прямоугольную подошву, а пригрузка с раз.
ных сторон отличается по значению не более чем на 25 /о, то вер-
тикальную составляющую несущей способности основа-
ния допускается определять по выражению.
Ф = 4- Bi fi'h + D[ ci) J
b — b — 2eb; i = l — 2# p
(2.23)
где b, 7 — приведенные соответственно ширина и длина подошвы фундамента;
A J, Blt Di — безразмерные коэффициенты, значения которых определяются по фор- 1
мулам и графикам СНиП 11-15—74;
7р Ti — расчетные удельные веса грунтов, находящихся в пределах возмож-
ной призмы выпирания соответственно ниже и выше подошвы фунда-
мента с учетом взвешивающего действия грунтовой воды для песча-
ных грунтов;
h — наименьшая глубина заложения подошвы фундамента;
Cj — расчетное значение удельного сцепления грунта;
ь, — эксцентриситеты равнодействующей нагрузок соответственно относи-
тельно поперечной и продольной осей подошвы фундамента.
ф - w(Р + (Г. +1,0 _ 26 + cos 8) с,},
(2-24)
где I
t — длина участка ленточнпгп ж,,
Р интенсивность пригрузки г,сиппДамента’ принимаемая равной 1,0 м;
пора грунта; ' вания со стороны предполагаемою вь1
Угол отклонения от вертикали, рад.
6
36
ши нестабилш, ро-
[
чем ня 25% (как,
фундаменты расиоло-
крутопадающих пластах
Для прямоугольной подошвы d)Vn амрптд
ц)у„ лмеита с отнсп^яием ;
Ф ~h\p+ (5/38-0,287^) cj
Независимо от глубины заложения фундамента и#
сооность скальных оснований Демента м. ,.lrf? СПо-
* = W (226)
ГДе Лс скального ™
Если основание сложено неоднородными или песта би w ,
ванными грунтами или если значения пригрузок с разных стор ч
фундамента отличаются между собой боле
например, в подпорных стенах), или
жены на откосе, под откосом или на
грунта, при проверке устойчивости существующих зданий рядом* с
котлованом, то для определения несущей способности основания
прибегают к построению круглоцилиндрической поверхности
скольжения (см. п. 4.2).
Пример 2.3. Нужно найти вертикальную составляющую несущей способ-
ности основания на 1,0 м длины фундамента шириной Ь = 4 м, если глубина
заложения фундамента h—2 м, а эксцентриситеты приложения нагрузки"ёь=
= ej=O. Грунт характеризуется удельным весом yj =уп=18 кН/м3, углом
внутреннего трения <р । =22° и удельным сцеплением cj = 7,5 кПа.
Безразмерные коэффициенты, входящие в выражение (2.23), определены
по формулам (29) — (31), и по графикам приложения 5 к СНиП 11-15—74 для
tg?i =0,404 и tgo=Q имеем_А / =2Д В j =8.0 и =16,0.
По формуле (2 23) при b=b и 1=1, находим
Ф = 44 (2,6-4-184-8-2-184-16-7,5) = 2380,8 кН.
2.3. МАЛОНАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
Главное отличие от фундаментов, несущих тяжелые нагрузки,
состоит в том, что малонагруженные фундаменты подверже-
ны сильным деформациям от морозного пучения п на-
бухания грунтовых оснований [32, 51, 65]. Поэтому параллельно
с расчетом-на действие обычных нагрузок необходимо дополни-
тельно проверять их на воздействие этих природных факторов.
Морозное пучение. Оно возникает внутри промерзающего грун-
та из-за линз и прослоек льда, в которых собирается влага,
нее находившаяся в порах, а также влага, поднимающаяся к зо-
не промерзания снизу от уровня грунтовых воды. Чем больше ис-
ходная влажность грунта, чем больше глубина промерзания, чем
ближе уровень грунтовых вод, тем сильнее развивается мс ( ное
пучение (рис. 2.10).
Степень морозной пучинистости грунта зависит от его гра-
нулометрического состава, влажности и консистенции. К непУ^*
иистым грунтам относятся скальные, крупнс о -мочные с сод р-
чН
Рис. 2.10. Схемы пр0.,
ния и пучения rpv Ср3а
1 — грунт до пог!/ИТа-
2 — Г"
Лпр —
лпуч ~
уровень
гРУнт£’-
грунт после
- глубина промЙГ"»!-'
высота пучения «’*’
грунтовых
промерзании °Д пРи
по массе и пески Гра,
К сильнопучинистым
[ и
т ирзьче 0 1 мм менее 30%
«аиигм частиц м .дне„ крупности.
велистые, крупные г суглинки текучей, текучепластичной „
XSacxS консистенции; к среднепучинистым - те же грун.
консистенции и пылеватые пески; к слабопу,,,.
XX - те же грунты полутвердой консистенции, а также пы.
лёватый и мелкий песок. Глинистые грунты твердой консистенции
практически не поддаются пучению.
Степень морозной пучинистости грунтов зависит от их состава,
консистенции и положения уровня грунтовых вод. Относительная
расчетная глубина z промерзания устанавливается по
табл. 2.8. Консистенцию глинистых грунтов JL нужно
принимать по их природной влажности, соответствующей периоду
начала промерзания, т. е. до миграции влаги под действием отри-
цательных температур. При наличии в пределах расчетной глуби-
ны промерзания глинистых грунтов различной консистенции сте-
пень морозной пучинистости этих грунтов в целом принимается по
среднему взвешенному значению их консистенции.
Крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем, содер-
жащим в своем составе частиц размером менее 0,1 мм более 30%
Таблица 2.8
Расчетная глубина промерзания грунтов
Степень морозной пучинистости грунта расчетГнойД^ии^°пЛНКЯ Zr М’ УРСВИЯ грунтовых вод ниже Р ны пР°мерзания у фундамента (см. рис. 2-10) Консистенция глинистого грунта JL
Песок мелкай Песок пылеватый Супесь Суглинок Глина
Сильнопу- чинистый Среднепу- чинистый Слабопу- ЧИНИСТЫЙ Практичес- ки непучиии- стый 38 г<0,5 г>5,0 z<0,5 о,5<г^1 ^>1,0 Г- Р N А* /С N у С С а с„ A A J,, Сл О о оГ - V V V N л N V V „ о ю 1 Г—« -гсКб 1,5< z <2,0 2,0< z <3,0 z >3,0 J, >0,5 0,25<Л<0,5 0<Л ^0,2& h' 0
по массе при положении уровня гпхштг ри*?
г л у б и н ы п р о м е р 3 fl н и я на 1 -Р 2 м сти <•
"нстым грунтам, а мепее 2 м - к сильнопучинистым
Разность между глубиной залегания уровня грунте-их
расчетной глуоипои промерзания грунта Р
г = "й~ И,
где Wo - рассеяние от планировочной отметки до залегания ро - -
II — расчетная глубина промерзания, вычисляемая CHAI
причем коэффициент, учитывающий влияние теплового реж-ма’
нимается равным единице. р '
В среднем для Москвы //=1,4 м, для Ленинграга Н=\ I м В -
строительства должны быть проведены мероприятия против глубокого щюиеэ-
знля 1} -Td п д подошвами фундаментов при незавершенном нулевом
Высота подъема поверхности промерзающего слоя (см. \ ис.
2.10)
^пуч п ^пуч»
где Нпуч — толщина промерзающего слоя;
Кп — коэффициент пучения этого слоя. Его ориентировочные значения
принимаются с учетом характера грунтов [39]:
Сильнопучинистые
Среднспучинистые
Слабопучинистые .
Непучииистые .
Яп>0,12
0,06<А'п^0,12
0,03<АпС0.0б
0,003<Ап<0,03
Вследствие большой неравномерности, свойственной процессам
пучения, высота поднятия может сильно различаться даже
на расстоянии в несколько метров. Неравномерность усиливается
за счет неодинакового увлажнения грунта с поверхности при пло-
хом водоотводе. В среднепучинистом грунте при глубине промер-
зания 1,5 м высота поднятия поверхности составляет 4,5—9 см.
Расчетную глубину промерзания Лпр устанавливают
по результатам многолетних наблюдений на площадках, которые
всю зиму полностью очищают от снега.
Под снежным покровом и при наличии растений на поверх-
ности глубина промерзания уменьшается в несколько раз. Весьма
интересные наблюдения за глубиной промерзания были проведены
в МГУ в Москве за период 26 лет на двух площадках, сложенных
моренными суглинками. Одну из них всю зиму очищали, вторую
сохраняли в естественном состоянии. М. Ф. Киселев приводит
сводные данные этих наблюдений [26], из которых видно, что в
среднем глубина промерзания под естественным снеговым покро-
вом оказалась в период с 1954 по 1980 г. вчетверо меньше, чем
под оголенной поверхностью. Средняя высота снега с0^^Бг‘
44 7 см и так называемый коэффициент теплоизолирующего зл^я'
ния снега в среднем оказался равным 4,8 при колебаниях с
до 10,6.
,амп снега под высокими платбпп
Наб,юления за отложешям;^ в MIIIITe> показал1|
М1| железных дорог, прШОД е неравнОмерно. Снег под „ т"
отюжения РаспРеде^“ н под действием ветра н возду111НЫх *•
формами не о^'^Хе дов непосредственно над фупдаМс„ °-
токов от проходяших пхзд м значпт „о меньше, ЧСм в Пр’*'
опор толшина снегового п у фуиламентов промерзанР0
летах между ним . Инь. от снежного покрова, чем вдалн е
значительно 1,ен^ш®а бетоиные фундаменты обладают больцД
SoX/hS» Тел».Л..... глубокому ...„ „„„У
«“« ’5? ?2«S ДО"У'™”“" рас,ет "“РОЗ"». «Г.
чение6 фундаментов платформ, исходя из расчетной глубины Пр0.
мепзания под оголенной поверхностью.
Резз тьтатом взаимодействия фундаментов с пучинпстыми грун.
тами являются вертикальные перемещения, вызываемые промер,
занием и оттаиванием грунта.
Рассмотрим нормальное давление со стороны основа-
ния на подошву снизу, которое возникает в случае, если i лубина
промерзания больше глубины заложения подошвы, а грунт под
фундаментом пучинистый. Такое положение не допускается нор-
мами. но может возникнуть при незавершенном цикле работ, кот.
да котлован перед началом заморозков засыпан не
Промерзающий под подошвой фундамента грунт,
вверх, будет оказывать нормальное давление:
р(н) = дн)Л
Выталкивающая фундамент вверх нормативная сила
ф(н) = р(н)г^
ЗдО|ь — нормативное нормальное давление пучения (табл. 2.9);
Лсд — толщина промерзающего слоя;
П' ф площадь подошвы фундамента
выталкивающей ’ сил По’ХтаХ1«Н°пе1яПж MTaB'TCH''e ° ПОрЯДК-
ми 1,0/1 о м пги ттшиоек Д ИТа м ее для Фундамента с подошвой
нистого грунта под нею Полу Ч и^1>,а ИЖСГ0 С’Л°Я’ раВВОЙ °’5 М для сРеднеп>'"’’
Д<в) = 0,2-500=100 кПа; />("> = 100-1,0= 100 кН.
„ . Таблица 2 9
-------'Ряапжиое норчал1>нпе дав;|ен„е
полностью,
расширяясь
(2.27)
(2.28)
значений
размера-
Грунт —_—2.—Lf Г1-' м, при размерах ПОЗО1ППМ .Ь\ иламсны, м
0,5X0,5 0,7X0,7 1.0X1,0 >1,0XK0
Сильнопучинистый Среднепучинистый Слабопучинистый 40 600 500 400 400 300 200 300 200 100 200 100
малоиагру-
допускается
[ ии при
t
Такая сила может вызвать большие тофо- • .
жениых фундаментов. Поэтому нормативами . / .
промерзание пучииистн* " • •• • -
каких условиях. под их ии
Рассмотрим теперь касательные напряжения т п ли-иия
ствующпе по боковой поверхности фундамента. Оия юзйишюг
вследствие смерзания фундамента с окружающим груи^ Н^
мативные удельные касательные напряжения т ” ниЯ
пределенные по боковой поверхности смерзания и иахТавл ые
вверх, принимают с учетом характера грунтов (в килопаскалях):
Сильнопучинистые...........
Среднепучинистые
Слабопучинистые.......’ ’
Цеиспг чнц.ая по боковой поверхности смерзания ф ндамечта :
грунтом нормативная сила выпучивания (в килоньютонах)
кас ” г — - °лс.т, (---)
где S периметр фундамента в пределах промерзающего слоя;
F — площадь смерзания по боковой поверхности;
hen — толщина промерзающего слоя.
Пример 2.5. Подсчитаем по формуле (1.24) нормативную силу выт
вания, действующую на стойку железобетонного фундамента сечением 0 2x9 2 м,
проходящую сквозь слой среднепучинис того грунта, промерзающего из глу-
бину 1,5 м:
рНып = 80-4-0,2-1,5 = 96 кН.
о Ы11
Эта сила достаточно велика и может привести к повреждениям конструк-
ции, опирающейся на фундамент.
Деформации фундаментов на пучинистых грунтах [13]. Такие
деформации возникают после нескольких лет эксплуатации я
проявляются в виде разрушения асфальтового покрытия и
бетона с обнажением арматуры в стыках опирания настила
ригель. Для выявления и определения пучинистых деформацил
нивелировали зимой и летом две островные и одну береговую
платформы на стоечных фундаментах. Фундаментные башмаки
всех платформ были заглублены в землю на 1,55 м. Верхний слой
под береговой платформой мощностью 1—3.2 м представлен, су-
песью средней плотности. Под ней залегает песок мелкозернистый
со щебнем. Подстилающий слой — суглинок. Водоносны и слой
(начинается с глубины 2,4 м.
У одной из островных платформ сверху залегает слои песка со
щебнем мощностью 3,7 м, ниже — суглинок. Водоносным с. ка
глубине 1,3—2,7 м. В основании фундаментов другой платфор-
мы _ влажный мелкозернистый песок средней плотности с при-
месью гравия. Каждая платформа была *пронивелирозана
мерно в 80 точках по железобетонному настилу, по всей длине
платформы, поочередно в местах опирания настила на ригели.
41
Результат (В сра
тем претертели OGWKA, («.2,
подъем, и т°лько
шие осадки *- ппне пл
В среднем же по длине
подъем 2—9 мм*
.. ппказали, что от 79 до 84% точек
HaeiKneH'iu п е|1|1П с 3IIMOii); от 14 до 20% 6'
сс.аД9^ точек остались неподвижными. Нанбо.2
л 1—2/о T04triTi 44—55 мм, подъем 8—39 . ь'
летом состяпв’’-фОрм осадки составили 7-28 Мм''и
подьсм - ... лпитяет что стабильность стоечного Фундамента
А. в. Горст t4,,Ta®T- „ением стойки с фундаментным бащ«4а
нужно обеспечивать с<ofi чекп и рекомендует учесть Это
ком при помоши мета, f типового проекта платформы,
предложение п₽" п2/МосковСкого Ж.-Д. узла могут нередко ви-
лХХии “чатформ на фундаментах блочного типа, пост-
деть деФ°Р ;“™п113де 80 Поперек асфальтового покрытия, Над
опорами образовались трещины шириной 2—20 мм, причиной ко.
торых служат неравномерные пучинистые перемещения блочных
При вегеннем оттаивании пучииистого грунта его поверхность
опускается не полностью к исходному уровню и с течением вре-
мени пучинистые деформации накап ли в а ю т с я.
Расчет малонагруженных фундаментов. На таких фундамен-
тах строят железнодорожные платформы. Их рекомендует-
ся располагать на водораздельных участках с обеспечением
поверхностного стока воды в обе стороны и, следовательно, избе-
гать пониженных мест рельефа и выемок. Платформы не должны
быть ближе 20 м от водоемов, заболоченных мест, пунктов для
заправки водой локомотивов и водоразборных колонок. При ре-
конструкции платформ и строительстве новых в неблагоприятных
по рельефу участках должен быть предусмотрен надежный вод^.
отвьд и защита от притока воды нагорными канавами или лот-
ками.
На пучинистых грунтах не рекомендуется прокладывать лотки
и канавы под .ьатформами или в непосредственной близости от
их опор, истема водоотвода должна быть увязана с существую-
всрм CnnnJ° ,канав’ лоткав и водопропускных труб так, чтобы на
разовзния^^н ЫЛ обеспечен беспрепятственный сток без об-
Таки Ра ” ЗЭСТОЯ воды У платформ.
тельстве фунммХ^^естибюТй™* В° внимаиие и ПРП стр0И'
ниней, что ввили v u, тибюлей и павильонов с той лишь раз-
выбрать благоприятные 2’г Р0В ЭТИХ С00РУжений гораздо проще
полную замену пучиии тог ЭСТКИ И Даже пойти на частичную и-'11
П > траднцУнИПУХНаГп±РУНТа ”е"УЧИИИС™м-
мелкое заложение. Олияк^^ЖеННЬ1е ФУнДаменты обычно имеют
образно и применение Г * 1 инистых грунтах вполне целссо-
небольшой глубины и Жлпм СВа^- Свайные фундаменты здесь
призматические фундамен^»ально их можно рассматривать как
.. La?.eT Фундаментов заложения.
в Д0П0;'ННТельных нагрузок п°Г° заложения на действие основных
в, оборудования, давления Т собственного веса, пассажиропото-
^^еиия ветра и снега производится (см*
Рис. 2 11 Схемы к рдомту
фундаментов платформ аа
пучение при проыерэаияя
2.2) . На этом этапе расчета пучинистые свойства грунтов не учи-
тывают. На втором этапе проверяют устойчивость фундаментами
действии сил морозного пучения. Если устойчивость не обеспечи-
вается, то размеры и даже сама конструкция фундамента должны
быть соответственно изменены.
Рассмотрим наиболее простой случай призматического сбор-
ного фундамента без анкеров (рис. 2.11, а).
Устойчивость фундамента, заложенного ниже глубины промер-
зания, на действие касательных сил морозного пучения проверим
по формуле НИИОСП [36]. При этом расчетную нагрузку от сил
пучения (правая часть формулы) сравним с расчетной нагрузкой
от веса конструкций и сил трения по боковой (левая часть фор-
мулы) поверхности фундамента о грунт ниже глубины промерза-
ния:
(2.30)
q(h) = /00/7t. п1=о,9; 72 = 1,1,
72j, П
-(*')
где ДМ”) — нормативная нагрузка на основание в уровне подошвы фундамента:
q(") — нормативное значение силы, удерживающей фундамент от гыпуч ван а
вследствие трения по его боковой поверхности о талый гру гг, .тиже
расчетном глубины промерзания;
— коэффициенты перегрузки;
— нормативная удельная касательная сила пучения, пран *юема > pass Л 50,
80 млн 100 кПа;
__пющадь боковой поверхности части фундамента, находящейся з пре-
делах расчетном глубины промерзания грунта;
— нормативное удельное сопротивление сдвигу талого грунта основания
по боковой поверхности фундамента, принимаемое равным Л кыа для
глинистых и 30 кПа для песчаных грунтов,
— площадь боковой поверхности фундамента, находят*. кя ниже с.? и,
подвергающеюся зимнему промерзанию.
Здесь уместно напомнить, что массивные или сборные ф ьда-
менты мелкого заложения плохо сопротивляются деи
ствию касательных сил пучения, так как боковая поверхность
43
„пгптелыю велика, а глубина заделки в Тал
смерзания у них относнгел. * Сва„ в этом отношени„
грунт обычно не г р
очевидное преимушествщ (ентам мелкого заложения с а н
Перейдем теперь кг ФУ " отличаЮтся тем, что их фундамент?
керами (Рнс- попел опусканием в котлован соединяются
ный башмак и^^оика закладНых частей. После этого
между —
фундамент 1..-
морозного пучения
ти стойки, так как
ння
TOVHT оиычпи 1
очевидное преимущество.
I. .
керами (Рнс-
НЫИ ** ~ а ттчйЫХ
между собоюл^РпКередаТвать грунту не только нагрузки, направ?
фундамент может перед отивляться выдергивающим силам
ленные сверху внпз^ос1едние развиваются по боковой поверхнос.
башмак располагают ниже глубины промерза.
НН Анкерный фундамент рассчитывают на устойчивость по форму,
ле (2 30) При этом сила, удерживающая фундамент от выпучи.
вания,
плотности и влажности, расположенного .выше анкерной части;
поверхности анкерной части (фундаментного
верхней поверхности от отметки планировки.
сопротивление анкера выдергиванию
двойному весу призмы грунта, лежащей на
(?<"> = 27ср Га Ла, (2.31)
где уср__среднее нормативное значение удельного веса грунта^ природной
Fa — площадь верхней
башмака);
hR — заглубление
Иными словами
принимают равным
его верхней поверхности.
К анкерным фундаментам относят также фундаменты из вин-
товых и буронабивных свай с уширениями.
Пример 2.6. Определим устойчивость блочного фундамента (см. рис.
2.11, а; против морозного пучения Исходные данные’ грунт — суглинок туго-
пластичный, //=0.40. Грунтовые воды на глубине 3,9 м от поверхности Рас-
четная глубина промерзания йпр—1,4 м. Фундамент — сборный из бетонных
„л2КОп .* Подошва заложена на 0,4 м ниже расчетной глубины промерза-
1 зол подошвы нормативная постоянная нагрузка на грунт Мн) =
=300 кН на 1 М длины фундамента.
ное касательипл^ч1пУНТ относится к среднепучинистым. Нормативное удель-
иие сдвиг^ бокпЛй Ze °Т Пуче|,ия тВ‘=80 кПа. Нормативное сопротивле-
зангя /<н,= !0 кП еРхности по талому суглинку ниже глубины промер-
Боковая поверхность смерзания с обеих сторон на 1 м длины
“2-1,4-1,0 = 2,8 м2.
ая поверхность трения о талый грунт с обеих сторон на 1 м длины
Ft = 2-0,4-1,0 = 0,8 м2.
Нормативная сила трения о талый грунт
Ко,жж Q<H) = 0,8’20= 16 кН.
Коэффициенты перегрузки:
л1=0,9
и л = 1,1.
44
- 1 1-80 2 8-246
Подставляя эти величины, получаем;
(M") + Q("))n]r_ (3004-16)0,9-284 кН;
Имеем 284>246 кН
печенаТне^ьшим ^вышеХ ФунДа“нта "Р<™ „Г™*
е
Исходные данные; грунт супесчаный, пластичный, /г=0" -- .
воДь* J13 глУбине 1,75 м от поверхности. Расчетная глубина премия а я
1,2о м- Стоика фундамента железобетонная сечением 0.2Х0.2 м следянеяа
на сварке с помощью закладных деталей с анкерным башмаком Пжява&
верхней поверхности башмака 1,0-1,0=1,0 м*. Высота башмака ОД*'-/
попадает в талый грунт. Удельный вес грунта у=19 кН v3 Нспча~х5яая
расчетная нагрузка на грунт на уровне подошвы М»)==47,5 кН. * и₽ма,хжж”1
По табл. 2.8 грунт относится к сильнопучинистым’ Нормативное у-елъ-
ное касательное давление от пучения tW=100 кПа.
Боковая поверхность смерзания стойки
FH = 1,25-4-0,2= 1,0 м2.
Трение по боковой поверхности башмака в запас устойчивости в расчет
не принимаем. Нормативное значение силы, удерживающей анкерный баш-
мак от морозного пучения
QH = 2-19-1,1-1,25 = 47,5 кН.
Коэффициенты перегрузки: ^ = 0,9 и п=1,1.
Подставляя эти величины в формулы (2.30) и (2.31), получаем:
(Mh) + q(h))= (47,54-47,5) 0,9 = 85,5 кН и
/н)/т = 1,1-100-10 = 110 кН.
н
Имеем 85,5<110 кН; следовательно, устойчивость фундамента против
морозного пучения не обеспечена. Необходимо увеличить или площадь ан-
керного башмака на 30%, или глубину его заложения так, чтобы величина
QB возросла до QH = 80 кН. Это потребует глубины заложения подошвы фун-
дамента
Лф = 0,08:0,0475-1,25 4- 0,35 = 2,45 м.
Ввиду близости уровня грунтовых вод, предпочтительнее пр и меня ту зн-
керный башмак размерами 1.15X1,15=1.32 м2 Тогда устойчивость будет
обеспечена и с принятой ранее глубиной заложения.
2.4. ФУНДАМЕНТЫ НА НАБУХАЮЩИХ ГРУНТАХ
Для предварительной оценки степени набухания
замачивания водой согласно СНиП 11-15—74* используют и
затель
H = (eL-e):(l+e); е L = \V
Где г — коэффициент пористости того же грунта на границе текучесг .
ё? — коэффициент пористости грунта природного сложения и влажн ей.
__ влажность на границе текучести;
-^ — удельный вес грунта и воды.
вопия воюй глинистых грунтов пока.
V набухающих от за'\а'"'* „абухаюших грунтов проектируй
* //ЬаОЗ Основания из Лщ^пСП [35, 36]. Класспф,,.
ГсХс^ви’и С РекОТ‘ХЦпо значениям их относительного набу.
"₽»боре без иагруз
хания 0(н) в
...
(2.33)
Отвссигмьиое м6ух™« груятов вез нагрузки.
..............................................он>0,12
Сильнонабухающие грунты .................. . 0»08<&н^0,1?
Средненабухающие > ............. . . 0,04<он^0,08
Слабой абухающие > .................
Набухание грунтов чаше всего проявляется при подъеме грун-
товых вод на орошаемых землях, подтоплении при строительстве
плотин и в результате утечек воды из каналов и трубопроводов.
Оно зависит от давления на грунт, которое мешает его свободно-
му расширению и поэтому для расчетов деформаций набухания
определяют величины 6Я при различных давлениях в приборе.
Набухающий грунт, замачиваемый без возможности бокового и
вертикального расширения, т. е. при деформациях набухания рав-
ных нулю, развивает давление рн.
Влажность П?н — это влажность после завершения набухания
грунта, замачиваемого без возможности бокового расширения.
При высыхании грунта относительная усадка
(2.34)
где hB высота образца грунта при обжатии его без возможности бокового
расширения;
’Р33113 ПРИ том же обжатии после уменьшения влажности
в результате высыхания.
ляют путемЬаямяиипИЯ относительное набухание грунтов опреде-
Давление НЯ гп®аНИ\ИХ В опытном котловане.
значениях 0—150 кПа п'Ияет на набУхание и больше всего при
ших грунтов нормы Допуск^СпшиИопДЛЯ ОСНОВаний из набУхаю'
ления р повышать его в 1 9 п* ПрИ 0ПРеДелении расчетного дав-
Причины Деформаций
бухания и усадки грунтов- п ’ возникаюших вследствие на-
или увлажнение грунта ппи ппИИФИ;1ЬТРа1^Ия воды с поверхности
ние влаги под сооружением ЧЙД?еМе грунтовых вод; 2) накопле-
вии испарения при застройке и^ ?арушения природных усло-
3) изменение воднотеплового асФальтировании территории;
При набухании и усадке мп™ МЯ верхне^ части зоны аэрации,
ризонтальные нагрузки на стены ^0В°ЗНИКать Дополнительные го-
депия прос-
тавления прогноза изменения ana™™., ...
атапии сооружений [36]. " * ' Рутгов в период з-'-дл/-
Перечислим мероприятия, уменьшающие те*ооча-
ции или полностью их исключающие. К их числу У*
1) предварительное замачивание всей или части толщи иаб <гл
щего грунта; 2) полная или частичная замена набухающего'гэти-
та другим, непабухающим; 3) прорезка фундаментами (полная
или частичная) слоя набухающего грунта; 4) устройство компен-
сирующих песчаных подушек.
Замачивают грунты, разрабатывая котлован на глубину 0,1—
0,3 м, вынь проектной отметки заложения подошвы фунд< < ита
Для этого в котловане бурят скважины на глубину на 6,5 ус мень-
ше необходимой толщины замачиваемого слоя и заполняют
песчано-гравийной смесью. После этого заполняют котлован во-
дой и наблюдают за подъемом поверхности путем нивелировки.
Для фундамента на замоченном грунте предварительно подуш-
ку отсыпают из песка, гравия или щебня. Компенсирующие пес-
чаные подушки устраивают на кровле или в пределах набухаю-
щего слоя, при давлении, передаваемом на основание, не менее
100 кПа.
Уменьшение высоты подъема фундамента на естест-
венном основании из набухающего грунта может быть достигнуто
с помощью анкерных свай, подобно тому, как это делается на пу-
чинистых грунтах. Но при набухании отсутствуют касательные си-
лы пучения по боковой поверхности свай и давление набухания
передается прямо на ростверк.
Набухающий грунт заменяют также местным ней а бу хающим,
уплотняемым до необходимой плотности.
Помимо этих мероприятий необходимо предусматривать и во-
дозащитные, предохраняющие грунты от замачивания
ограничивающих степень замачивания. К ним относятся. 11 па-
нировка территории, обеспечивающая беспрепятственный поверх-
ностный сток; 2) устройство отмосток вокруг сооружении и от-
дельных фундаментов; 3) устройство в основаниях маловодспро-
пицаемых экранов из уплотненного грунта; 4) предупреждена
утечек воды из трубопроводов и резервуаров, расположенных п -
близости.
|/ава
свайные
ФУНДАМЕНТЫ
ц. ТИПЫ СВАЙ и ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
В городских условиях строительства применимы практичес-
ки любые сваи, как по материалу и конструкции, так и по спосо-
бам их устройства. о
Динамическое воздействие от погружаемых сваи. При свай-
ных работах в черте уже сложившегося города прежде всего
приходится учитывать динамическое воздействие от погружае-
мых свай на существующие здания, сооружения и подземные
коммуникации, особенно если новые сваи подводят под старые
фундаменты.
Наибольшие сотрясения грунта и прилегающих зданий
возникают при забивке молотом больших железобетонных свай.
Опасные резонансные явления вызываются в период рабо-
ты мощных вибропогружателей.
По строительным нормам [8] расстояние от забивной сваи
до существующего здания должно быть не меньше 20 м и только
в исключительных случаях на площадках, где нет грунтов, уплот-
няющихся при динамических воздействиях (песков рыхлых,
средней плотности и супесей), допускается забивать сваи на рас-
мМеНЬШх М* ^днако ПРИ этом требуются специальные
бивка'свяй и ° }Следования которые должны показать, что за-
ствуюших ззямш!ЗЬпаеТ 00РУ111ений элементов конструкций суще-
кроме того пекпир^ЛЯ Умеиьшения динамических воздействий,
Г"в"6ра"ать “аебойвые аГР"
rsssSS
которых в ряде случаев нелмя^п™ еСТЬ 11 ™юче1|ия’ без
«ои городской застройки К m обойтись, даже в пределах тес-
тавных, вдавливаемых отн°сится применение свай со-
существующих зданий а тя^^РНЫМИ Мет°Да^и при укреплении
ных [40, 54]. ’ также пирамидальных и булавовид-
48
Ростверки и насадки. Тяжслоизгружеииые фуитамекты км
правило устраивают с бетонными или ж < * ' ”*
плитами ростверков, объединяющими головы сзай В
условиях чаще всего применяют низкие ростверки об:
рых заделаны ниже .............
дежны сваи-стойки,
грунт.
дезы кого*
поверхности планировки Наиболее иа-
концы которых упираются в твердый
Расстояния между центрами свай в ростверке принимают *»
менее трех диаметров сваи. Голову сваи заделывают в * <Т7
ростверка или голову разбивают и обнаженную ар чат . р^ -вде-
лывают в бетон. Толщину монолитного бетонного ростверка - го-
стах принимают равной не менее 3,0 м и проверяют на продав. зва-
ние головами свай.
Железобетонный ростверк может иметь небольшую высот»,
но требует расчета на изгиб и сильного армирования. Белее
экономичны безростверковые опоры из одного-двух рядов стоек,
переходящих непосредственно в сваи. Верхние части
объединенные железобетонной насадкой, образуют над фунда-
ментную конструкцию опоры (рис. 3.1) [25].
Примером фундамента из корневидных свай под бо.лыд ю
нагрузку может служить конструкция, примененная при строи-
тельстве здания пансионата в Ялте (рис. 3.2). Диаметр каждой
сваи 15 см, длина 15 м, несущая способность 470 кН. Ростверка
представляют собой железобетонные плиты [18].
Малонагруженные фундаменты могут состоять из отдельных
одиночных свай небольшого сечения, головы коте рых
Рис 3 1. Устой с фундаментом из железобетонных свай
длиной по 12 М
сечением 35X35 см
49
рис. 3.2. Пансионат в я
те на свайном фундаМсиж
из корневидных свай
/ — сван; 2 — железобстпи.
ростверк; 3 — суглинок; / ”,|ft
вывстрелые породы; 5 '
ренные породы — аргимЛ0*
алевролиты, песчаники
объединяются ригелями (насадкой) или плитами сооружения
(например, высокие пассажирские платформы).
Под колоннами павильонов, вестибюлей и других малоэтаж-
ных зданий транспортного назначения обычно устраивают по
две сваи с общим наголовником (насадкой) или применяют
сваи-колонны без ростверка. Под стенами таких сооружений, в
неблагоприятных грунтовых условиях фундаменты устраивают из
одного ряда свай, сечением не менее 0,2X0,2 м при глубине,
определяемой геологическим разрезом.
Наименьшие динамические воздействия на грунт и при-
легающие сооружения возникают при устройстве буронабивных
свай [9, 47] без ударного уплотнения бетонной смеси и без
камуфлетных уширений, буроопускных свай-столбов, а также
корневидных и винтовых свай. Практический опыт и ассортимент
механизмов для буронабивных свай значительно меньше, чем
для забивных.
Буронабивные и Ovononv-
ные параметры буронабивных**™* "СВаИ* классификация и основ-
бо-,кред" МНОГИХ конструкций буп\СТа,™ЛеНЫ СНнП 1И-9-74
ХП'ЬШПИ интеРес представляют т₽ 0|1а°ивных свай, наи-
бе скважин и уплотнение б₽ПРИ устР°йстве которых нро-
скв2жинарНЫМ" сп'особами Г0НН0Й смесн производится
ЧИВЫу гп ВРаЩатель||Ь1Мн инструмент ИМе”Н0: 1) С прОХОДКОИ
вых ?БССНТкг<~И под зашитой глиниаМП’ Без кРеплепия в устой-
чивых 25’ БССм> БСВг); 2) с п„И“ИСТОГО Р^твора в неустойчи-
без Удаоов°В иивентаРными обсРалии1НЬ1М крепле,,ием пеустой-
р и извлекаемыми поспг ",И тРУбами, опускаемыми
50 0Сле Укладки бетонной сме-
имеет
оставляемыми в Грунте (БСО), испляьз ются Я»/—-».
Буронабивная свая без уширения на конце (-J
ооычно неровную поверхность и нижний коней, закругли а
счет деформаций окружающего грунта при уплотнении бек - и
смеси. БуроопускйЪи ст<5лб (рис 3.3, б), широко применяемый^а
БАЛе, изготавливают на заводе в металлической форме
мигранного сечения.
Арматура в обоих случаях одинаковая и состоит из продоль-
ных стержней периодического профиля диаметром 20—28 мм я
спирали из проволоки диаметром 8 мм. Для придания жесткости
на расстояниях около 2 м по длине каркаса установлены кол
из арматуры того же диаметра. Центровка каркаса при о а-
нии в скважину обеспечивается коротышами из стальных доле
сечением 60X8 мм, приваренных с наружной стороны.
Бурсопускные сваи-столбы состоят из готовых
железобетонных элементов с поперечником 800 мм и длиной
до 12 м, которые опускают в заранее пробуренные скважины д а-
метром 900—1000 мм. Столбы заделывают цементным растэ хром,
благодаря чему объем смеси, приготовляемой на месте, сокраща-
ется во много раз.
У столбов, как и у набивных свай, несущая способность по бо-
ковой поверхности несколько ниже, чем у забивных, что компен-
сируется большей площадью подошвы.
Для железобетонных набивных свай и свай-стслбов без
предварительного напряжения применяют бетон марки не ниже
М-200. Проектную марку бетона по морозостойкости
водонепроницаемости назначают исходя
из температурно-климатических условий
района строительства и грунтовых усло-
вий применительно к требованиям на
сваи квадратного сечения. Рабочую про-
дольную арматуру изготавливают из
горячекатаной стали класса А-I или А-П
диаметром 20—28 мм в ненапряженных
сваях и A-III или A-IV з предваритель-
но напряженных столбах. Спиральную
арматуру делают из арматурной пр о bi
локи или катанки диаметром 8 мм. При
устройстве свай под водой пли под гли-
нистым раствором продольная арматура
обязательно должна быть из стержней
периодического профиля.
Общий недостаток буронабивных
буроопускных свай — необходимость
приготовления бетонной смеси
товления арматурных каркасов на ме-
сте строительства. Буроопускные сваи-
столбы доставляют с заводов в готовом
Рис. 3.3. Буробегонная^га»
изготовляемая на хеете,
буроопускной с гол б здвс
ского изготовлен п я
Рис. 3.4. Корневидная же-
лезобетонная свая в сло-
исто-неоднородном грунте:
1 — гравелистый грунт; 2 —
супесчаный грунт
шпако они нуждаются в цемент-
“"Растворе для заделки в грунт и
И° нах большой грузоподъемности.
КР кооневидные сваи. Такие сваи одно-
я к буронабивным, но отличаются
ся иных малыми диаметрами ствола
?80^240 мм при длине до 30 м. Их
’ ппизуют для усиления фундаментов
"С птв1юших зданий и для создания
существуют^ Д ПоверхносТ[>
корневидных свай обычно очень неров-
ная что придает им сходство с корнями
пспрвьев и обеспечивает хорошее сцеп-
ление с окружающим грунтом, а также
повышение несущей спосооности по бо-
ковой поверхности сваи (рис. 3.4).. Кор-
невидные сваи имеют арматурный кар-
кас который позволяет им восприни-
мать не только сжимающие, но и растя-
-ивающие усилия и моменты. Скважины
заполняют' цементопесчаным раствором
под давлением, в связи с чем эти сваи
называют иногда оуроинъекционными.
Несущая способность отдельных свай
небольшая, но при устройстве фунда-
ментов из большого числа таких свай с
малыми расстояниями между ними, об-
щая несущая способность фундамента
может быть значительной.
Основная технологическая
особенность корневидных свай при
усилении фундаментов — в том, что
скважины бурят прямо сквозь старую-
кладку по вертикали или наклонно так,
чтобы голова сваи оказалась заделанной
При составлении цементног^^' “е Менее 10 ее диаметРов-
ют В Ц=0 4ч-0 5 с nacvnn ° РаствоРа Для этих свай припима-
и добавкой’проти’воусадочных Цемента 6°0~800 кг на 1 м3 песка
личестве до 15% массы цемент "-1аСТИФ11яиРующих добавок в ко-
Винтовые сваи Knvn а-
в портовом СТроИТельСТВеЫпги,ИН>ТОВЫе СВаи издавиа используют
под мощной толщей ила алегании опорного слоя грунта
Такие сваи, но гопят™
опорами малонагруженныхНжШИХ размеР°’в могут служить
Ф°рм на пучинистых И иабухакмниламентов пассажирских плат-
сушее™ ДЛЯ Различных вреУменниуХ Грунтах- Кроме того, они
зуемыг ' Ю1ДИХ 3Даний в качестве 1шрРС00ружеиив и подкрепления
лементов. Применять метя т нтаРНЫх многократно исполь-
52 v лические винтовые сваи мож-
л»
no в дисперсных талых гтнгм , г,
сивиых солей и грунтовых i-< р ’ гвсРди’ кху
нуждаются в защите ™втия. J 'Г'™”1" -^иях ом
преимущества малых , ^уждакиад/ • .
12Or™esax”;orx%"pc^
х.мх zxns^
ром 50 мм с шагом 400 мм для крепления кабестана в процесс
завинчивания. Винтовая лопасть имеет диаметр 850 ммТг
200 мм, нижняя часть лопасти заходит на конический накане-ник
сваи. Лопасть из стали толщиной 8 мм марки ВСТ-3 усилигаст-.я
снизу нижней накладкой той же толщины диаметром лм. На-
конечник сварной из стали ВСТ-3, а при использование этих свай
в районах с расчетной среднесуточной температурой -
—40 С — из сталей 15ХСНД, 10ХСНД. 10ГДСД. Дли а стз .ча
от 4 до 7 м (рис. 3.5).
Для сваи с диаметром лопасти Дл при работе на сжимаюшуто
нагрузку рекомендуемая глубина погружения Н= <4 — - \ Ь-
а при работе на выдергивание Н=(4+7)Ь
Забивные сваи специального назначения. Наибольшее л: ~ -
ческое применение получили забивные железобетонные сваи, из-
готавливаемые на заводах и погружаемые с помощью свайных ' -
лотов и вибропогружателей. К ним относятся в первую очеседь-
сплошные сваи квадратного сечения с поперечным армированием
ствола и ненапрягаемой стержневой арматурой марки С. Ширина
сечения чаще всего 20—30 см, длина ствола от 3 до 16 м. Имеются
также сваи квадратного сечения с напрягаемой продольной ар-
матурой (без поперечного армирования ствола) марок
СНпр, СНп, СЦ, СЦпр. Выпускаются сваи квадратного сечения с
круглой полостью с ненапрягаемой стержневой арматурой ма
СП и напрягаемой проволочной арматурой марки СПН (рис. 36} _
Из круглых свай наиболее перспективны в транспортном стро-
ительстве железобетонные с в а и-о бол очки с фланцевыми^ сое-
динениями по концам. Длина оболочек 4—8 м, толщина с.енск.
4—8 см, при наружном диаметре 40—80 см. Их производство на-
лажено па заводах железобетонных конструкций (рис. о.Д._
К специальным конструкциям железобетонных свай зав< дск~..
изготовления, погружаемых в грунт без создания опасных -
мичсскпх нагрузок на окружающие сооружения, относя’?-- c j--
та иные сваи из длинных или коротких секции,
сваи применяют в двух случаях: 1) при необходимости — эбить
насквозь мощную толщу слабого грунта и упереть конец ..
надежный твердый подстилающий слои; -) при подводке
под существующие фундаменты. ₽
Рассмотрим первый случаи, имеющий наиоолышс >2
значение при освоении новых территорий, покрытых сверху
Их производстве на-
ев Ti-
Рис. 3.5. Металлическая винтовая
свая, используемая как анкерный
фундамент пассажирской плат-
формы в пучинистом грунте:
1 — покрытие платформы; 2 — мерз-
лый пучинистый грунт; 3 — талый
грунт
Рис. 3.6. Сплошная железобетон-
ная свая квадратного сечения с
ненапрягаемой арматурой
Рис. 3.7. Железобетонная свая-оболочка и два варианта ее наконе
Рис 3.8. Конструкции сты-
ков составных железобе-
тонных свай (примеры):
а — болтовой НИИОСП и
ОРГСТРОЯ ЛатССР; б — кли-
новой; в — трубчатый
НИИОСП. г — цанговый
Главмосстроя и ГМПСМ; д —
сварной: 1 — болт; 2 — пру-
жинная шайба; 3 — гайка: 4 —
клин; 5 — чека, 6 — сварной
стык; 7 — резьба; 8 — сты-
куемые составные элементы:
9 — гильза; 10 — клин; 11 —
цанга; 12 — стальные обоймы
конструкции
. <И1П\Н1 грунтами, водонасы-
фом, зат°Рф0В? .’другими слабыми грунта-
щепным лссс°" ‘ длина составных свай из
ми. Максимальная а ш может Д0СТ11гать.
секции нормально 30 м при д„аметре
26 м(при Д"ап^ТРд„аметре 60 см и 48 см при
диаметре 80 см. образНые конструкции
ИЗВТуТНсЬоединенпй (рис. 3.8) между сек-
стыковых соеди обетоНных сваи. Сваи-
циями длинных • обычно на
болтах,
оболочки соединяю. помощью за-
” с”рк?,
<«» « ”Р°"“ C“U"" ’ ”
и меньше) применяют только при подводке
новых свай под существующие сооружения
(см. п. 7.2).
Пирамидальные и булавовид-
ные сваи используют в специфических грун-
товых условиях. Их погружение может со-
провождаться опасными сотрясениями близ-
корасположенных зданий.
Железобетонные пирамидальные сваи дли-
ной 2—8 м в верхнем конце имеют сечение от
60X60 до 80X60 см (рис. 3.9). Книзу свая
суживается с углом при вершине 12—14э.
Сечение у подошвы 7x7 см и больше. Арма-
турой может служить один продольный цент-
ральный стержень и несколько сеток в голове
сваи [54]. Эти сваи применяют, если в верх-
ней части грунтового основания лежит более
прочный грунт, чем в нижней. Практически
учитывают верхнюю часть длиной до 6 м.
В частности пирамидальные сваи можно
применять в лёссовых малопросадочных
грунтах (тип I по просадочности).
Тис. 3.9. Пирами-
дальная железобе-
тонная свая (разрез
и вид снизу)
грунта, увеличивая
хунтах (тип 1 по просадочности). Пирами-
дальные сваи сильно уплотняют верхний слои
его несущую способность. Погружают их
свайными молотами или вибропогружателями.
В твердых и полутвердых глинистых грунтах может потребо-
ваться предварительная проходка скважин на глубину 30—45 о
по длине сваи.
таниями пирамида" ьим^вай"""^^ °ПЫТЫ С забивкой и нспы:
глубины забивки и пасстпяш< ЛЯ опРеделения рациональной
•лись случаи неэффективной „ЯблМтТДу Ними- так как наблюда-
Ростверки устРаивадтНобычноПиз1сбппиКОМ КОРОТКИХ свай-
ЗИ с чем допустимые отклонения Л с орно^0 железобетона, в свя-
лревышать 3 см. олов свай в плане не должны
Рис. 3.10. Булавовидные сваи квадратного сечения с уширениями ствола трех
типов
На пирамидальные сваи нельзя передавать растягива-
ющие усилия и пользоваться ими в качестве стоек и эстакад под
технологическими трубопроводами. Булавовидные желез сет --
ные сваи (рис. 3.10) применяются, r частности, когда прочные елей
лежат на глубине 4—10 м, а вышележащие не оказывают большо-
го 'сопротивления погружению.
3.2. РАСЧЕТ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Каждая разновидность свайных фундаментов имеет свои осо-
бенности как конструктивные и технологические, так и особеннести
расчета на прочность и устойчивость.
Липпиабивных «а'1 " столоов. Сваи и свайные
Фундаменты из бУРО,'“"‘ 6.-с011абивных сван или свай-стод.
фундаменты из вертикальныхОР0^ способности грунт*
бов нужно рассчитывать по н с с у Ш а,
удовлетворяя неравенство
* Я Г Л\ а Л» { Д I \
н*
- расчетная «грузка нас“в^ность грунта основания одиночной сваи,
если несущая
Viwu, — если н^УЩая способность
полевых испытаний статической нагрузкой
где .V •
Ф -ВаРзы'= S «е^щей способною сваи;
к, _ коэффициент J ?25 - если несущ
способность сваи определена расчетом,
зондирования грунта.
Кроме того несущая способность свай и свайных фундаментов
должна удовлетворять условию прочности самой конструк-
ции в зависимости от расчетного сопротивления материала сваи.
Этот расчет должен производиться в соответствии с требованиями
строительных норм и правил по проектированию бетонных, желе-
зобетонных или деревянных конструкций с учетом требований по
проектированию мостов и труб.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетная нагруз-
ка на сваю
Ф
п
У
ч.'» о
(3.2)
где Уф — расчетная вертикальная сжимающая сила, действующая в плоскости
подошвы свайного ростверка;
п — число свай в фундаменте;
Мх, Му — расчетные моменты относительно главных центральных осей плана свай
в плоскости подошвы свайного ростверка;
х* У расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычис-
ляется расчетная нагрузка;
xi. уч — расстояния от главных осей до оси каждой сваи.
т51^С^ЩаЯ способность висячих буронабивных свай,
пппр^еяаКоаК И дру™ свай> изготовленных в грунте без ударов,
сопоотивленнрСгплМОИ ДВ^Х слагаемых» °ДН0 из которых выражает
гое^ оопппт рунта Дарению под нижним концом сваи а дру-
Р^ст^ая несущая спгсРбНТа СДВИгу по бе бс™й поверхности,
расчетная несущая способность одиночной сваи
' * *' • и 2лт!> i ‘i), (3.3)
Пе '"-^ициент условий работы сваи в грунте> принимаемь1Й равпым е
- _ на боков^ЛпомрмоаТ“свГаРи;НТа соответственно под нижним кон-
по формуле (3-4); вление гРУэта под нижним концом сваи, определяемое
fl - расчетное сопротивление Тго ’
поверхности сваи, определяемое^ гРунтз ^кования сдвигу по боковой
11 - толщина /~го слоя rnvX табл- 3 1;
сваи* ’ СОпРика ающегося с боковой поверхностью
58
Расчетные сопротивления f свай грунта сдвигу п< (в килопаскалях) > СОКОВОЙ Т9бяипа 3.1 П'мерх мости
Средняя для глинистых грунтов при показателе 11
глубина за- •'онст.стеииии J . Д.О МСЧичт г у
ложения ЯЖГМФГГЫ
слоя грун- та , м 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 крупных и
средне» wenxi
1 О 3 35 42 48 23 30 35 15 21 25 12 17 20 8 12 14 4 7 8 । 4 5 7 о 4 6 2 4 5 35 42 23 30 36 ЗЯ 15 21
4 53 38 27 22 16 9 8 7 5 53
5 56 40 29 24 17 10 8 7 6 •56 40 29
6 58 42 31 25 18 10 8 7 6 58 42
8 62 44 33 26 19 10 8 7 6 62 33
10 65 46 34 27 19 10 8 7 6 65 46 34
15 72 51 38 28 20 11 8 7 6 72 51 38
20 79 56 41 30 20 12 8 7 6 79 56 41
25 86 61 44 32 20 12 8 7 6 61 44
Для буронабивных свай и свай-столбов коэффициент
принимается равным единице за исключением сваи с камуфдст-
ным уширением, при котором тл=1,3, и сваи с уширенной пят ,
бетонируемой подводным способом, при которой игк = 0,9. Коэффи-
циент принимается равным для: 1) свай-столбов, а также бурона-
бивных свай при отсутствии воды в скважине при песках, супесях
и суглинках т/ = 0,7; 2) свай-столбов и буронабивных свай в лес-
ках, супесях и суглинках под водой или под глинистым раствором
Z7Z/==O,6; 3) глин во всех случаях т/ = 0,6.
В случае крупнообломочного грунта с песчаным заполнителем
и песчаного грунта расчетное сопротивление
й = 0,65₽(-;^4°’ + ^71ЛВ![о)), <34’
где а. 3 — безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 3.2, в зависимость
от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основа:-”;.? :с-
ределяемого по СНиПП-17—77;
— то же (см. табл. 32)»
-/__расчетное значение удельного веса грунта в основании наонв^ой сза
1 с учетом взвешивания водонасыщенного грунта, кН м3;
rf-диаметр набивной сваи или уширения для сваи с уширеннсн .гтай. ч-
-ч — осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунта,
U положенного выше нижнего конца набивном сваи, кН м . .
h -глубина заложения нижнего конца набивном сван или ее у *
ты^ отсчитываемая от природного рельефа или планировочмй опт»
(при планировке срезкой), м.
Для глинистых грунтов, в случае устройства набюной сваи
с уширением и без уширения, расчетное сопротивление а
пол нижним концом сваи определяется по таол. ?
Указания относящиеся к определению расчетного знзче; , Я
предполагают заглубление набивной сван в грунт (г. ч , в
Т б Л || ц а
3-2
г-5 жачения °) а II 3, входящих в формулу (3.4)
Значения коэ ффиинснтов л расчетные - » сн” т—rr^VT 33 я грунта 35 fj , гр 37 ад "
Обо: !качение коэффи- циентов 23 l_JL_ 12,6 1 27 17,3 32,8 0,80 0,77 24,4 34,6 48,6 71,3 108,0 163д)"
Л'0’ 9,5 45,5 64,0 87,6 127,0 185,0 260,0
в<°’ Л . 4 18,6 0.78 24,8 0,79 0,82 0 79 0,84 0,81 0,85 0,82 0,85 0,83 0,86 0,84 0,87 0,85
1 4 5 7 5 0,75 0,76 0,74 0,70 0,67 0,65 0.62 0 61 0,76 0,78 0,80 0,82 0 84
0,68 0,70 0, /1 0,67 0,63 0.61 0,58 0,57 0,55 0,54 0,73 0,75 0,77 0,79 0,81
а при h__ а 10 12,5 15 17,5 0,62 0,58 0,55 0,51 0,65 0,61 0,58 0,55 0,70 0,68 0,66 0,65 0,73 0,71 0,69 0,68 0,75 0,73 0,72 0,72 0,78 0,76 0,75 0,75 0,80 0,79 0,78 0,78
20 0,49 0, 55 0 60 0,64 0,67 0,71 0,74 0,77
22,5 ^25 0,46 0,44 0.О1 0,49 0,59 0,63 0,67 0,70 0,74 0,77
р при d*» । <с0,8м 4,0м 0,34 0,25 0,31 0,24 0,29 0,23 0,27 0,22 0,26 0,21 0,25 0,20 0,24 0,19 0,23 0,18 0,22 0,17
П р и м е ча ние. Промежуточные значения кокффиииентоо , h d и d определяются по
интерполяции.
качестве основания для нижнего конца сваи), составляющим не
менее ее диаметра (или ее уширения), и не менее 2 м.
Несущая способность с в а и-с т о й к и:
Ф = mRF\
кг
з
(3.5)
(3.6)
где т _ коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0,
R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;
F — площадь опирания сваи на грунт;
Таблица 3.3
Расчетные сопротивления R глинистых грунтов под нижним концом
набивных свай (в килопаскалях)
Глубина заложения нижнего конца сваи, м Показатель консистенции J . Л-0
0 1 0,1 1 0,2 1 0,3 | 0,4 1 0,5 и,6
3 5 7 10 12 15 18 20 25 30 40 60 850 1000 1150 1350 1550 1800 2100 2300 2800 3300 4500 750 850 1000 1200 1400 1650 1900 2100 2550 3000 4000 650 750 850 1050 1250 1500 1700 1900 2250 2600 3500 500 650 750 950 1100 1300 1500 1650 2000 2300 3000 400 500 ООО 800 950 1100 1300 1450 1700 2000 2500 300 400 500 700 800 1000 1150 1250 250 350 450 600 700 800 950 1050 и. ~**
/^-нормативное временное сопгхлив™^
тню в водонасыщенном состоянии ‘ fг t л*-.
kr — коэффициент безопасности пп « ’
Л3 —расчетная глубина за телки нЛУНТу> приним 1
прослоек которая должна бмть’™ мешше te’ t4*he
d3 — наружный диаметр заделанной „ скалой
Свайные фундаменты, подверженные действие
ных нагрузок, на основаниях, ограниченных отцами ити^’Х
ных крутопадающими слоями, нужно рассчитать и "а '
чивость. Свайные фундаменты в целом и отдельные сваи оа-т!
тываемые по предельным состояниям второй группы т е
мешениям (деформациям), должны удовлетворяв умсвию
(3.7)
значение перемещения сваи или свайного фуипам^-а
°5?1КИ2_ которое .определяется для основного сочетаете
г ежя-
где s — расчетное
например
расчетных нагрузок с коэффициентами перегрузки, "разными
иице;
Snp — предельно
допустимое значение соответствующего перемещения
свайного фундамента (см. п. 2.2).
Коэффициент С упругой податливости буронабивной сваи, т. е.
усилие, необходимое для единичной вертикальной осадки ее г'ле-
вы, определяется по формуле, предложенной В. Г. Федоровским:
С = Gl: [0,41g (lid) +0.17-0,24^,
<3-S)
где G — модуль сдвига основания;
I — длина сваи;
d — диаметр сваи;
Ро— коэффициент Пуассона для основания.
Тогда
s = Л': С, (3-9)
где N — расчетная нагрузка на одиночную сваю.
При определении осадки свайного фундамента, его
рассматривают в качестве сплошного массива, включающег сдан
и грунт, контуры которого ограничиваются: 1) сверху влишй
ростверка; 2) с боков — плоскостями, наклоненными под углом
0,25ср внутреннего трения грунта к вертикальным плоскостям. ЛР-'
веденным от наружного контура свай; 3) снизу — горизонтальней
плоскостью на уровне нижних концов свай. ~
Осадку свайного фундамента определяют спосооом поел он.-, его
суммирования, т. е. так же, как и фундаментов мелкого залоге-
ния на естественном основании.
Для набивной сваи-стойки, погруженной до практически не-
сжимаемых пород, расчетная несущая спосооность
Ф = mRA,
гпр т — коэффициент условий работы, принимаемый равным единице;
R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом <эан,
У1 _____ площадь опирания сваи-стойки на грунт.
61
для свай-оболочек, опираю.
Псжл а для свац.
бетоном на высоту не Ме11
п заполче»1’0’'?1адь Д всего сечения (брУт.
TptX а в остальных слу гру11та Д- R = tfclK, а для СВаГ1.
’ ‘5SS "°с“ь"““*
S““’“ Z°“
нее чем на ’ п(”)(1,5 4Лн’
R с* .лппотивления образцов скаль-
,уатявиое состояния;
где НОЙ поР^.^Гмделкя сваи в скалу.
*• S диаметр части сва равиЫМ 1,4.
^эффиниевт надежности несушей способности сваи
осмотренного опреД^ения еше и ее несущая способ-
Кроме Paccn °JP быть определена еш характеристик
об^величины были Равны между меньщую из этих
ВЫПОЛНИМО, поэтому г
вХчин. Я на железобетонную сваю, работающую на ежа-
Допускаемая на ле. материа.лу
те, расчетная нагр\зк
Ф/Лн = те (ГП6 кпр лб - ка яаЛ (3,12)
где т — коэффициент условий работы, принимаемый для набивных свай равным 0,6,
для остальных — 1;
/иб — коэффициент условий работы бетона, принимаемый для свай сечением
30x30 см и более равным 1, для свай меньшего сечения — 0,85;
/?пр — расчетное сопротивление бетона осевому сжатию для предельных состоя-
ний первой группы;
Ав — площадь поперечного сечения бетона (нетто);
Ла — расчетное сопротивление арматуры сжатию;
Ла — площадь поперечного сечения арматуры.
Для железобетонных трубчатых свай
(/?„„ Л6 +/?. А. + 2.5
при
и свай-оболочек
асГас) (313)
(3.14)
ас “’^с J ас
- диаметр спирали; Л ’
t — шаг спирали.
Пример 3.1. Оппр пр . «о
она имеет длину / ^Тм дйамеТйТтТ^'0 с"юсть сваи по грунту, если
Р6 -> f сечения Л =0,785 м2. Грунт — Ив3,14 м и площадь попе-
poro^/f «=-^ = 18 кН м3 и в 29° песок средней плотности, для кото-
сваи / = 32,5 кПа, а по табл 3 9- ^°п^тивление грунта по боковой поверхности
= 45 5 ° коэФфициенты:
“=0,79; р=0,27; >1<0’-=24,4;
62
По формуле (3.4) расчетное eonplm,MC„w.
сваи и^'ивление грунта под тк*МШ котипа
Л = 0,65-0,27 (18-1.24,4 т0,79-14..',.45 ,
Расчетная несущая способность сваи по формуле (3 '
Ф = 1 (1-648,3.0,785рЗ,14.0.7 32.о 5,-'>и , ,Н.
диаметром” ЙоТ м,еМзаЕнТн7юЮ b"^№V "и ™ 2!2
сопротивление образца скальной Породы од7ор“о£^*
Расчетное сопротивление скалы определим по формуле (3.6)
Я = 5000 (1,5+0,7; 0,6) : 1,4 = 9524- кПа.
Допустимая расчетная нагрузка на сваю по формуле (2.5) г кг уЪЪчаи-
ентом надежности кн=1,4: 3 .
Л\оп = ф/S = ^RA[kh = 1,0-9524-0,785-0,б2: 1,4 = 1922 кН.
Пример 3.3. Вычислим расчетную нагрузку, допустимую на же^сбет -.ч-
ную сваю-оболочку, опирающуюся на скалу, расчетное сопротивление ^жа"г*>
которой а = 25000 кПа, если длина сваи 6 м, наружный диаметр d = l j и
а внутренний do=0,76 м.
Расчетную нагрузку, допустимую на сваю, определим по формуле . 5 *.
коэффициентом надежности кн=1,4:
Л\оп = Ф/кн=™/?Л/кн = 1,0-2500-0,785 (12-0,762) : 1,4 = 5921 кН.
Особенности расчета корневидных свай. Такие сваи отличают-
ся высоким отношением их длины к диаметру, которое колеблет
в пределах 60—100, в то время как у обычных забивных сзай оно
равно 10—30 и у набивных 20—50. В силу этого доля нагрузки,
приходящаяся на сопротивление по боковой поверхности сваи,
значительно возрастает по сравнению с лобовым сопро-
тивлением нижнего конца.
Корневидные сваи рассчитывают, как буронабивные прибли-
женно. С одной стороны недооценивается хорошее сцепление бо-
ковой поверхности корневидных свай с окружающим грунтом, с
другой не учитывается возможность продольного изгиба на участ-
ках, где свая пересекает слои слабого грунта. В связи с этим з
рекомендациях НИИОСП по устройству фундаментов из таких
свай [38], их продольный изгиб предложено учитывать в слсях
грунта, у которых модуль деформации менее 5000 кПа. а з а—ем-
ленными рассматривать участки в слоях, где моду, ь деформа^+а
грунта больше 5000 кПа.
Сваю рассматривают как упругий тонкий стержень с началь-
ным прогибом, при этом учитывают несколько полуволн в эДви
симости от соотношения жесткостей сваи и грунта.
Корневидные сваи итальянской фирмы «Кондедиле> при диа-
метре скважины 102 мм выдерживают эксплуатационную нагрузку
не менее 100 кН, а при диаметре 219 мм — М кН [4oJ.
Сопротивление сдвигу по боковой поверхности к-- -?•
видной сваи по данным испытаний в ФРГ составляет в глин™
грунтах около 10 кПа, в песке около 1э кПа и в гравелистых .рун-
тах 20—26 кПа. Свая диаметром 20 см с продольной арматурой
из восьми
осевое ....
Н 31. Дорошкевич
доваиня j
ны при действии
и сравнительные
НЫХ 1
„з восьми стержис^ £ мм ^^Меи110
этом0 гп|ПтшГотпор грунта, окружающего сваю, „с учитывав
Дорошкевич й О. К- Югаи провели комплексные |(сс,1е'
работы фундаментов из корневидных сваи большой д1{,
центральной нагрузки на лабораторных модели'
п vpaoi.r..___ испытания кустов и одиночных свай натураг1ь
ных размеров [16, 17, 67].
На основании экспериментов и теоретического анализа inn
установлено, что начиная с глубины, равной 15—20 d, сила
трения по боковой поверхности распределена практически равн
мерно. Контактные напряжения от нагрузки, передаваемой через
острие сваи, распределены на расстоянии 1,5—2d от оси сваи, -
напряжения от нагрузки, передаваемой по боковой поверхности*
на значительно большей площади. Площадь распределения наппя’
женин в однородных грунтах с увеличением глубины погружени
не увеличивается, и, начиная с глубины 15—2(И (в случае равно4
мерного распределения сил трения по боковой поверхности) на
пряжения в плоскости нижних концов свай не изменяются
Те же авторы предложили новую расчетную схему Пр
редачи нагрузки и методику определения размеров условного мае'
сива свайного фундамента и расчета несущей способности фунпл
Дуэтов"3 СВа" б0-1ЬШ0'"' длины для слабых однородных ГЛИНИСТЫХ
Несущая способность фундаментов из корневидных свай finnt
шои длины по формуле Югая: боль’
тп
Фк = ~к~ Ц ^л-ср) ^ост "Г Агср^бокЬ (3-8)
где т — коэффициент условий работы сваи в кусте;
п — число сваи в кусте;
к — коэффициент надежности;
Вп ср 1 — сРедние коэффициенты взаимовлияния свай в кусте;
Рост — сопротивление грунта под острием сваи;
Рбок — сопротивление по боковой поверхности сваи.
Значения Рост И Рбок принимают по Руководству [40]
результатам статистических испытании свай.
Вп.ср получены О. К. Югаем (табл. 3.4).
Осадку фундамента из корневидных с
ределяют по аналогии с указаниями [40], но размеры
условного фундамента принимают раздельно для напряжений, пе-
редаваемых остриями свай, и напряжений, передаваемых их бо-
ковой поверхностью. С.пптп^-------
О. К. Югаем, на основе (
Б. И. Далматова, Ф. К. Л . ____ 1МЧ.
Особенности расчета пирамидальных, булавовидных и винто-
вых свай. Расчеты этих свай предусмотрены в Руководстве.
Пирамидальные и булавовидные рассматриваются, как частные
64
J ИЛИ ПО
свай. Значения Лп.ср и
свай большой длины оп-
], но размеры площади
Соответствующие формулы
4 его исследований и с учетом работ
Лапшина и Д. Пати [67]
юаминоп. "
Коэффицис 'иты «заимовлияиия Си Й В к гт>
Число свай в кусте А п. Ср
, расстояния между сваями в кусте с уче„м
° ж 1 ча । 5d | бй -X 1 w
4 6 8 12 16 24 0,822 0,770 0,756 0,680 0,645 0,616 0,878 0,848 0,846 0,793 0,776 0.747 0,912 0,908 0Aj09 0,881 0,872 0,864 0,947 0,938 0,942 0,922 0 917 0,912 0 203 0,289 0 341 0,500 0,595 0,751 0,147 0,208 0,244 0,350 0,424 0,526 0.Ш 0.160 0.186 0,267 0,322 0,400 0.091 0,12» 0,149 0.214 0 267 0,311
случаи висячих свай. Для расчета пирамидальных не бходим-
знать модуль деформации грунтов, прорезаемых сваей, который
нужно определять компрессионными испытаниями. При расчете
булавовидных свай необходимо раздельно учитывать сопротивле-
ние уширенного конца сваи и вышерасположенного ста ьта_
В СНиП П-17—77 даны таблицы и формулы для винтовых свай
длиной не более 10 м, а при длине сваи более 10 м нужны испы-
тания сваи пробной нагрузкой.
Таблица 3.5
Предельные нагрузки на винтовые сваи (результаты натурных
испытаний)
Параметры свай
Bin грунтов и их характеристика диаметр лопасти, диаметр ствола, глубина погру- Сжимающие нагрузки, кН Вызерпжа- юшие на- грузки, кН
м м жения, м
Глинистые: 0,6 0,180 1.5 170 60
в мягкопластичном состоянии 0,6 0,180 2,5 191 г_о
природная влажность 21 - 23% число пластичности 11—14 0,6 0,85 0,180 0,203 3,5 1,5 254 205 160 100
пористость 41—44% степень влажности 0,6- 0,9 0,85 0,85 0,85 0,203 0,203 0,203 2,5 3,0 3,5 255 325 386 _ о 225 245
0,85 0,203 4,0 405 260
Песчаные водрнасыщенные: природная влажность 26 -28% порис гость 40—46 % степень влажности 0,97—1,0 0,6 0,85 0,85 0,85 1,0 0,180 0,203 0,203 0,203 0,273 2,5 1,5 2,5 3,5 2,0 420 420* 500* 600* 750* 100 90 160
Г равелисто-г алечниковые: 0,6 0.6 0,85 0,85 0,85 0,180 0 180 ь—* Сл О Сл Сл 420 520* во ISO
недонасыщенные природная влажность 18% 0,203 0,203 500* 520* 99 120
пористость 33% степень влажности 1,0 0,203 2,5 560* 160
Прн этих нагрузках предельное состояние грунм не было достигну .о.
55
3—68
Большие работы по конструироваг"“гру^"$1ю и »спыт.
нию винтовых свай провел В. Н. /Келезьов [20J. Результат
натурных испытаний винтовых сваи его системы приведены
rp<^ jj 3 5
Винтовые сваи на пучинистых и набухающих грунтах исполу
зуются как анкерные. В этих случаях необходимы два расчета'
1) на основную нагрузку, действующую сверху вниз в летнее Вп ’
мя; 2) на противодействие силам морозного пучения зимой ил
набухания при замачивании (см. п. 2.3, 2.4). и
Повышение несущей способности винтовой Св
может быть достигнуто путем устройства двухвинтовой лопает3**
у которой верхний виток имеет диаметр 850 мм, а нижний пост*1’
пенно уменьшается до половины диаметра лопасти. Однако Texi °"
логия изготовления такой двухвитковой лопасти значительно сл °'
нее. Повышение несущей способности может быть также дост^'
нуто путем добавления к обычной свае с одновитковой лопасткГ"
второй одновитковой лопасти того же диаметра, расположен»?
на 1200 мм выше по стволу сваи. ои
a-
ы
в
44В/1ЕНИЕ ГРУНТА
НД СООРУЖЕНИЯ
4.1. ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ ГРУНТА
Транспортные сооружения, взаимодействующие с грунте л
удерживающие его от обрушения, испытывают давление. В мето-
дике определения давления грунта на сооружения учитываю- -
его особенности.
Природное давление грунта. Оно возникает в грунтовом мас-
сиве от собственного веса и характеризует напряженное состоя-
ние грунта до начала строительства, т. е. до передачи на него на-
грузки от сооружения. Значение природного давления завис! ~
от удельного веса у грунта, глубины рассматриваемой плошал
по отношению к дневной поверхности, а также от наклона эт и
площадки. На глубине Н от поверхности земли вертикальное
природное давление грунта на горизонтальную площадку
(рис. 41, а)
(4-1)
В случае напластований грунта с разными удельными весами
полное вертикальное давление на горизонтальную площадку сла-
гается из давлений от отдельных слоев. В соответствии с законом
Архимеда удельный вес взвешенного грунта
7взв = (7ч~
где тч — удельный вес частиц грунта, кН м3; ..
' е — коэффициент пористости, т. е. отношение объема пор к объему
твердой части грунта.
Для водопроницаемых грунтов, находящихся ниже уровня грун-
товых вод, необходимо учитывать взвешивающее действие
воды на этот слой и давление ее.
В этом случае па глубине Н вертикальное давление грунта н
воды (рис. 4.1, б)
о =» 7 + Твзв ^2 4" '»
где ув — удельный вес воды, равный 10 кН/м3.
3*
Рис. 4.1. Эпюры природного^ вертикального давления грунта:
При наличии слоя водонепроницаемого грунта, служащего во-
доупором, расчетное вертикальное давление на его кровле будет
слагаться из давлений самого грунта и грунтовой воды. Здесь
учитывают взвешивание водопроницаемого грунта, находящегося
ниже уровня воды (рис. 4.1, в). Взвешивание водонепроницаемого
твердого глинистого или скального грунта не учитывают.
На глубине И вертикальное давление
zz — q 4" Твзв ^2 ‘в ^2 ^вн ^3»
(4.4)
где увв — удельный вес водонепроницаемого грунта.
При загружении горизонтальной поверхности грунта внешним
равномерно распределенным по большой площади давлением ин-
тенсивностью р, оно создает на любой глубине такое же давле-
ние, т. е.
(4.5)
Это давление в качестве
учтено при определении природного давления грунта по форму-
лам (3.1), (3.3.), (3.4). 7 г /
, воздеиствии элемент грунта в виде параллелепипеда
uL/jma- ’ выделенного на глубине Н, испытывает сжатие из-за
. жности сокового расширения, так как этому препятствуют
дополнительного должно быть
Рис. 4.2. Схема напря-
жения и деформации
элемента грунта при
компрессии
68
соседние массы грунта. Кроме того, в силу
природного свойства грунта в нем возника-
ет боковое давление некоторой части Zo от
вертикального.
По направлению координатных осей х
и у боковое давление
3=3 (4.6)
вДесг?стп7иииЭ^^ИЦИенТ бок°вого давления грунта
го бокппг г 1 покоя или коэффициент геостатическо-
г° Сокового давления грунта.
нй¥пп2тОД0Пустить’ что к столбу грунта,
дящемуся в условиях невозможности
бокового расширения, примени
тела (обобщенный закон Гука? -'‘^рмироза шя
из выражений для боковых ;ДД"°ЖИ2 "Равнять , о л ,
упругости, например щ. Это дае-гР 'Р 1ий’ и !В'"'™'-' и-.
е Р~^ Гг- /
Л Ь-im^ + s,)] о, (17
где Е — модуль линейного сжатия грунта кПа <„п
ц — коэффициент Пуассппо Z?la’ к 1а (м‘1а):
ширен ля грунта). о^ффициент поперечного или бокового рас-
Зная, что E~l=^Q
получим
Приравняв выражение (4.8) уравнению (4.6) выявим завися-
мость между коэффициентом бокового расширения и коэффили-
ентом бокового давления: и
?о = -х: (4-9)
или
?х = ?о: С1 + Ао)- (4.10)
Теперь найдем относительную деформацию грунта
по вертикальному направлению
е2 = £-1 [Зг-:* (<=,+%,)] = \'?Е^. (4.11)
Здесь коэффициент стеснения поперечной деформации
Величина DK=p£-1 есть модуль компрессии. Расчетные
значения коэффициентов Zo, р, ₽ даны в табл. 4.1.
Активное давление грунта. Подпорная стена или другое ог-
раждение, удерживающее грунт от обрушения (рис. 4.3, а), испы-
тывает давление этого грунта, которое на каждом уровне по высо-
те ограждения зависит не только от вертикального давления о-
на данной глубине z, но и от перемещения А ограждения. Пример-
Таблица 4 1
Коэффициенты л0, «. ?
1 ру нт хо и з Грунт Хо и- 3
Крупнообло- мочный Песок и су- песь 0,37 0,43 0,27 0,30 0,80 0,74 Суглинок Глина 0,50 0,70 0.33 0,41 0.67 0 43
69
a)
0) Q
3/7
л
I
I
Рис. 4.3. Схема перемещу
ний при давлении грунту
на ограждении и графИк
зависимости давления qn От
перемещения Д огражде-
нпя
т„ чан на рис. 4.3. б (см. кривую 2).
ный график «№й зависимости Дют д как это делается
ГГтя упрощения кривую „..„v теч
?.тя твердых УпР>'гоп^Св;ИеЧ^ое грунтом при отсутствии перемеще-
Давление ?о, оказ“®ХяНии покоя или гео ст а т и ч е с кое.
ния. есть давление состоян ен„я в с т о р о н у о т г р у Н-
При некотором перемешенин 4а 1 напор грунта При пере-
та возникает активное давле * ствием какого.л„бо внешнего
мешении Д„ в сторону ГРУН™ ^ение „п или отпор грунта. Ак-
тивное ГпассаивТноЯе "являются нижним и верхним предельными
давлениями грунта.
Для определения активного давления, на которое в большин-
стве случаев рассчитывают ограждения, чаще всего пользуются
приближенной теорией предельного равновесия^ сыпучего
тела, начало которой было положено Ш. Кулоном в 1 7/3 г.
Эта теория основана на допущении, что в предельном состоя-
нии в грунте возникает сплошная поверхность скольжения, кото-
рая для упрощения заменяется плоскостью BE (рис. 4.4, а). В ка-
честве второй плоскости скольжения принимается задняя грань
АВ стены, а сползающая призма грунта, заключенная между дву-
мя плоскостями скольжения, рассматривается в состоянии предель-
ного равновесия под действием собственного веса G, реакций Qa
стены и R грунта, находящегося за плоскостью скольжения BE.
При этом силы Qa и R отклоняются от нормалей к соответствую-
щим плоскостям скольжения на углы б
ответственно углом трения грунта на
стены и его углом внутреннего трения,
лежит в пределах от 0 до гр.
Находящиеся в равновесии силы G,
тый треугольник (рис. 4.4, б). Угол if
О)
и ср, которые являются со-
контакте с поверхностью
Расчетное значение угла б»
Qa и R образуют замкну-
того треугольника равен
90°
“X.
и
Рис. 4.4. Схемы к опреде-
лению давления грунта на
ограждение
70
90°—а—б, а <й=180°—ф__0 । п
кости скольжения к гопичЛХ 1рИ *том угол иа
Проецируя все силы на оп 0Казывается юль;.ъ . < v
получим уравнение равновесия*’ 11ерГ1еиликУ;1яРнУ}0 ' *.
2^ Gs,n(e~?) + Qasin(y
Отсюда
sin (О -
Неизвестный угол 0, от которого зависит и вес G сползающей
призмы, принимают таким, чтобы активное давление ока*а
наибольшим. Для этого производную выражения (4 13) гщ’эаэ-
нивают нулю, т. е.
dQa
^Г = о’ 4.14)
Для случая, когда поверхность засыпки плоская при р| <-
и при |а| <45 0,5<р, из уравнений (4.13) и (4.14) получают ф э-
мулу для горизонтальной составляющей равнодейст-
вующей активного давления грунта на заднюю грань ограждения:
Qar ==0’57Хаг/У2’ (4.15)
при
COS (э — а)
•/' sin (у + Ь) sin (у — 3) \ cQs
• COS (а 4- о) COS (а — 3) /
Вертикальную составляющую равнодействующей
активного давления грунта на ограждение можно выразить через
горизонтальную:
QaB = Car tg (« + *)• * 1 >
Если а+б>»0,5л, a cos(a+6)<0, то формула (4.16) приводит
к минимым значениям Хаг. Вычисленные по формуле 14.16) коэф-
фициенты горизонтальной составляющей активного давления грл н-
та приведены в табл. 4.2.
Для построения эпюры распределения давления по высоте ог-
раждения условно принимают, что при сдвиге ограждения
лсние на его верхнюю часть не зависит от перемещения нил.пе.4
части. Тогда при плоской поверхности засыпки давление на •
бой глубине z от верха ограждения можно находить как произ
водную от равнодействующей по высоте ра чдения. то позэо.
ляет получить ординаты эпюры горизонтальных дазле!
на глубине z от верха ограждения.
^Qar d
^аг “ dz
^ав
аг
^4.19)
Таблицаt
Значения коэффии,,ентов ?яг увеличении активного давлени я грунта, 0,5 о " *
е В 1000 раз Ь-
Z-.U е (а) * » грзл- ? о 0 1 ? та ₽о 2 5“ ’ S — Ф 8 « 0 1 5- о" ~ Л л= — V Б= «у
449 589 552 542 524 835
-0,2 (а=-11-20') 15 20 25 523 417 330 480 378 295 469 367 286 221 348 270 207 158 482 388 306 446 354 278 435 345 270 418 329 256 762 675 587
30 257 229 237 214 208 195 496
198 1 /о 1иУ 126 93 118 86 178 160 155 146 406
40 45 148 108 132 96 129 116 102 95 320
ЛОО 475 627 587 576 556 883
-0,1 15 556 510 4Q7 376 526 485 473 453 822
(а= - 5С44') 20 454 4ОУ 327 Оч7 4 316 296 434 396 384 365 747
25 368 01V 250 233 353 319 309 291 666
30 35 295 234 ZOv 205 159 196 152 181 140 282 220 253 197 245 190 228 176 580 492
44.) 45 182 139 121 116 106 168 149 140 133 • 405
q 15 588 538 524 500 665 621 609 587 933
(т = 0) 20 490 440 426 401 569 523 510 486 883
25 406 359 345 322 482 436 423 400 824
30 333 291 279 257 402 360 334 326 750
35 271 235 224 205 330 293 283 262 672
40 218 187 183 161 267 235 226 207 587
45 172 148 145 125 210 185 177 160 500
0,1 15 619 564 549 521 701 654 640 615 983
(з = 5°44') 20 525 469 453 424 612 561 545 518 948
25 449 389 373 345 529 477 461 434 900
30 372 321 306 280 452 402 387 359 839
35 309 264 251 226 381 335 318 294 768
40 2.54 216 204 180 316 275 263 237 689
45 207 174 164 143 257 223 212 188 605
0,2 15 648 588 571 511 737 684 669 642 1036
(з=1120') 20 z-х г* 559 495 477 441 654 596 579 548 1016
25 479 416 398 365 576 516 498 465 982
30 or 409 349 332 299 502 442 424 390 933
35 347 292 275 241 432 376 360 323 87?
40 л с: 292 Пл п 243 229 197 367 316 300 265 800
40 243 200 186 157 307 262 217 213 720
10~3t£ (a + Б). ДЯ ПОл>чення значений ?.ав табличные данные нужно умножить »<»
72
При этом площади Tpcvroii и»
и равны соответствии „ 7“:?".^ Г -«ия давлений
ю,.,рм ,.ж«™ ,,„р ,£*“.=! П™“ ' " ' "
дения, считая от его основания BUCw 1 > вмсотм ограж-
В частном случае кпгпа
зонтальной плоскостью (В = п/ Рхиость грунта ограничь ч <..<•
нята идеально гладкой (6—0) ’ Жпп^НЯЯ/РЛИЬ ог?3*—ния ”-и-
щается и принимает виГ ’ Ф Р УЛЗ (4 16) зн^^ьно упро-
Чг - {tg2 (45°—0,5 (<р 4-а)] tg a} cos я cos (а V), (4 3))
Здесь угол наклона плоскости скольжения к горизонту
е = 45о + о,5(а + ?). (4 21)
Если, кроме того, ограждение еще и вертикальное т е ”— 0
то:
хаг = tg2 (45°~о,5у) = (1 - sin у) : (1 -о sin с);
0 = 45° + О,5?.
(4 22)
4 23)
При плоской поверхности грунта, наклоненной к горизонту под
углом р = ф = 6, при вертикальной задней грани стены (а=0)
Хаг — COS у COS (я + Ч; Ф — Z).
(4.24)
В более общем случае, когда грунт за ограждением состоит из
слоев, параллельных плоской поверхности, и при наличии на ней
равномерно распределенной нагрузки р (рис. 4.5, а) горизонталь-
ная qar и вертикальная qaB составляющие интенсивно-
сти активного давления на единицу длины ограждения на глу-
бине z:
при
<7а„ = ^аг‘Я (* + 5>
COS Я cos р
*Т = cos (я — Р)
cos (я 4- я)
S = COS я cos о
(4 25)
(4.26)
(4.27)
где
7/»
п___число слоев грунта, лежащих выше того уровня, на котором . редс-
z, _ с^твстс^венно^удельный вес грунта с учетом взвешивания водой ! вы-
сота Z-ro слоя грунта у расчетной поверхности в пределах высоты ..
р-вертикальная равномерно распределенная нагрузка горизонтально) nrvex-
,г - коэф^цие^актиЕ горизонтального давления грунта, определяемый
с _ уде?ХсУТце(плениё грунта, которое учитывается при Хаг*1-хз<0.
I?
Рис. 4.5. Схемы к определению акттиого
давления грунта при наклонных его
При горизонтальной
расчетной поверхности
^аг
поверхности грунта (₽ — 0)
ограждения (а=0):
и вертикальной
(4.28)
дг = 1 "Е (4.29)
где qt - вертикальное давление грунта на горизонтальную площадку, распо-
ложенную на глубине z от поверхности.
Если значение </ап определенное по формулам (4.15) (4.28) г
оказывается меньше нуля, то принимают {/аг —0- Если же <7ав<С0,
то эти составляющие направлены вверх.
Если поверхность грунта не плоская, нагрузка на ней не рав-
номерная, а границы слоев не параллельные (рис. 4.5, б), допус-
кается применять в расчетах приближенный способ. Для
этого намечают несколько возможных плоскостей скольжения (см.
рис. 4.5, б, штриховые линии) и для каждой из них сползающую
призму разделяют вертикальными плоскостями на ряд элементов
так, чтобы в основании каждого был однородный грунт, а основа-
ние можно было принять в качестве плоскости.
Тогда горизонтальная и вертикальная составляющие равно-
действующей давления грунта на ограждение:
~ V ^1~ ci [tg (у, 4- ?/) + ctg г]
Qar“- —•’ <4-30>
vaB = Qar tg(’ + \p), (4.31)
где Gi весгРУ^та' вэ«менте с учетом нагрузок на ею поверхности;
*•< удельное сцепление в основании элемента*
bi, yi соответственно ширина элемента и угол внутоеннего тпмша-
, в основани"элемента’
р ствуюш^Ра^юдаого'давкм расчегной плоскости ограждения равнодей-
значению угла 6 трения гттт1Я’ при||имаемый равным средневзвешенному
Пп -.о ₽У осаждающей поверхности.
и вер^кальшзГплоскостью пор46™01* ПОВРРХ1'ость,о ограждения
74 плоскостью, проведенной через низ ограждения,
- Значе иия КОЭ(| ’фициен уве ГОН ) г. rir пассивного давления го’/итя «именные в 100 ра , ” ' п ж 4 3
а, град Ф» град 8- 0 5= ф/2 ft ’р град ф, град 4 • 1 ♦ • 9
-30 5 10 15 20 25 30 109 120 130 145 158 172 113 134 158 186 223 274 115 145 180 227 287 372 0 25 30 >jO 40 246 300 369 460 367 •И6 640 900 УМ 545 г пае
35 40 191 214 323 424 454 548 10 5 10 15 20 25 30 35 __40 122 129 132
-20 5 10 15 20 25 30 112 124 139 160 174 202 116 142 172 206 255 317 118 151 190 240 316 423 562 689 151 193 232 300 370 470 624 162 213 284 •386 545 781 12.30 171 665 1035 15.
35 40 228 266 404 537 20 5 10 15 20 25 30 35 40 126 162 207 279 368 470 646 885 134 137 179 253 .349 ЯВ 782 1270 203)
-10 5 10 15 20 25 30 114 133 155 180 212 243 289 342 119 147 178 225 279 371 482 687 122 156 205 261 348 4 Or? 17/ 239 328 478 742 1170 1710
35 40 486 671 881 30 5 10 130 175 138 191 260 373 577 866 1440 2550 142 195 284 583 901 1540 2670
0 5 10 15 20 118 142 169 204 124 155 195 251 127 163 212 286 15 20 25 30 35 40 234 317 430 610 900 1300
отдельно не учитывается, а его вес распределяют между всеми
остальными элементами пропорционально их весам. В качестве
расчетного значения фаг принимают наибольшее из вычислен-
ных для различных плоскостей скольжения. При Qar меньше нуля,
принимают Qar——О, а при (?ав<С0 считают, что эта сила направле-
на вверх.
Если расчетная поверхность ограждения- выше глубины с име-
ет ломаное очертание, то допускается принимать средневзвешен-
ное значение а.
Пассивное давление грунта. Допущение о том. что поверхность
скольжения, образующаяся в грунте, плоская приемлемо для слу-
чая, когда расчетная поверхность ограждения наклонена в ту или
другую сторону на угол не больше 7°. Для таких условий с с-
верхности:
где qt
Хпг
пассивного давления
на любой глубине г от По
с . cos (? + 5)
п 1 Д- ---(^пг COS Л cos б
4/лгвМпг • tg<? \
— величина. определяемая по фор^®ааляюшей
- коэффициент горизонтальной
пассивного
(4.32)
(4.33)
Давления
(4-34)
т а в л я ю щ и е
При этом принимают брасч — 26/3.
В частном случае, если ограждение вертикальное (а=0) и аб-
солютно гладкое (6=0), а поверхность грунта горизонтальная
(Р Ol, ТО Xjir = tga(45o + o.5r) = (l+sin=):(l-sin?).
(4.35)
В более общем случае, когда |а|>7°, но поверхность грунта
плоская и горизонтальная, нагрузка р на ней равномерно распре-
деленная, а слои параллельны поверхности, для определения Лпг
можно пользоваться табл. 4.3, составленной на основе предположе-
ния, что поверхность скольжения криволинейная.
При Qhb<0 вертикальная составляющая давления направлена
вниз.
4.1 СТРОГИЕ РЕШЕНИЯ ТЕОРИИ ПРЕДЕЛЬНОГО
НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
Более строгие решения задач о давлении грунтов на огражде-
ния получены В. В. Соколовским, который исходил из допущения,
что грунт в некоторой области за ограждением целиком нахо-
дится в предельно напряженном состоянии, т. е. что в
любой точке этой области, ограниченной некоторой объемлющей
поверхностью скольжения, соблюдается условие
|-| « 5lgv + Ct (4.36)
46 У — ноомачьнпр Jn1WHIIe касатсльной составляющей напряжения;
нормальное напряжение грунта" 1
<Р угол внутреннего трения;
с — удельное сцепление грунга.
ний п7едальногоНравновесияРл?ОВаНИЯ д.иФФеРенНиа.тьных уравне-
ные значения кп^жж ДЛЯ плоскои задачи получены числен-
давленийслучай tor да" Т ° В аКТИВН0,° ” -^сив.юго
на (табл. 4 4 4 5) Чти’пах Да г‘0ВеРХН0Сть засыпки горизонталь-
1) угла наклона азадней г "рИ разных значениях:
реннего трения грунта; 3) Углов К Вертикали’’ 2) Угла Ч1 виуТ'
' трения грунта о стену.
Значения коэффициентов / а активного л Увеличенные в 100 раз Т » ' 1 г п ч < $ аияеиия грунта.
„ ____ 'Р, град
10 20 I а, град —! V1 | 40
; Й, град
0 1 5 1 10 1 0 Ю 20 0 15 30 | 0 | 2П | 49
30 72 68 68 60 57 57 50 20 73 70 70 58 ,54 54 46 47 50 42 46 43 45 35 34 38
10 72 70 68 54 50 50 40 37 38 29 27 29
0 70 67 65 49 45 44 33 30 31 22 20 22
-10 65 61 59 42 38 37 26 24 24 26 I4 15
—20 58 54 52 35 31 30 20 18 17 11 9 10
— 30 49 45 44 27 24 23 13 12 И 6 5 5
Активное qa и пассивное qn давления грунта на глубине z
поверхности засыпки можно получить из выражений:
= + ^п = ?п(7г-л, (4-3~,
где у — удельный вес грунта;
р — равномерно распределенная нагрузка на поверхности засыпки.
Угол отклонения б давления от нормали к крутым задним гра-
ням подпорных стен может быть принят равным углу трения на
контакте с расчетной плоскостью ограждения.
Сравнение значений и вычисленных на основе строгих
решений В. В. Соколовского и на основе допущений Ш. Кулона,
показывает, что для активного давления на крутые грани подпор-
ных стен результаты обоих решений очень близки. Весьма
значительные расхождения обнаруживаются при определении пас-
сивного и активного давлений на пологие задние грани подгор-
ных стен, не являющиеся плоскостями скольжения.
Таблица 4.5
Значения коэффициентов ?п пассивного давления грунта,
увеличенные в 100 раз
, град
10 20 30 46
а, гряд 8, град
0 1 5 1 10 _2_ _1® 20 ° 15 1 30 0 *0 40
30 20 10 0 -10 —20 -30 104 118 131 142 149 153 152 111 129 143 156 165 170 171 116 135 152 166 176 183 185 126 151 177 204 230 253 276 149 183 219 255 293 331 367 173 213 257 304 353 403 451 149 190 239 300 365 442 528 208 279 362 462 582 738 907 280 3S0 503 655 842 1070 1350 186 250 337 460 616 ИЗО 317 470 677 969 1390 1950 2840 d б i <i '2
rnvMTA В СОСТОЯНИИ покоя
„„..„аях перемещения ограждений недостаточны
В некоторых случаях Р могло сниз11ТЬся до активного
для того, чтобы давлен» неподвнжные ограждения, Как
Такие, например, практи 11СПЫтывают допредельное
*аевТлёниёД", находящегося в состоянии упругого равнове-
СИЯГпчнт в состоянии покоя. При определении давления на ограж.
денисУ которое ёожно считать абсолютно неподвижным, грунт
рассматривают в качестве упругого тела.
Р ПрХризонтальной поверхности, горизонтальных слоях гРун.
та неравномерно распределенной нагрузке р давление грунта на
гладкую жесткую несмещаемую вертикальную плоскость
?ог = Маг (4-38)
при ^orefx:(l (4 39)
где qz — вертикальное давление, определяемое по формуле (4.29),
Хог — коэффициент горизонтальной составляющей давления покоя;
' ц _ коэффициент бокового расширения грунта, который при отсутствии опыт-
ных данных принимают по табл. 4.1.
В сложных случаях давление грунта в состоянии покоя можно
определять по формулам для активного давления при сцеплении
с=0 и условном угле внутреннего трения:
туСд == arcsin (1 - 2u). (4.40)
Коэффициент горизонтальной составляющей давления покоя
можно выразить еще и так:
%г-^(4о°~0,5?.сл). (4.41)
Если исходить из нормированных значений Хог, то условные
внУтРеиисго тРения оказываются значительно меньшими, чем
i TST Так’ Для песка с коэффициентом Zor=0,41 имеем
ния прсчянкгг 1° вРемя как Действительные углы внутреннего тре-
тельствует^нтов •лежат в пределах 30°«р<43°. Это свиде-
но прёвышя₽ввление гРУнта в состоянии покоя значитель-
ными опыта. ' ° активное Давление. Это согласуется с дан-
ния. При горизонтальном"^06 давление гРунта от его перемете-
в сторону неограниченнойпеРемеЩении Аг вертикальной плоскости
грунта на ограждение
где /7 — высота засыпки; Г’
с° — величина, равная 2 кН/м3
73 “ “°ДУль деформации грунта засып™-
Лг ~ ^счетное горизонталь™эе nSS’
78 умещение на глубине z.
(4.42)
(Л Д“ачеиие ?рг> найденное по формуле
(4.42) должно быть не больше ‘
^yzCXn^-Xor). Значения модуля дефор-
мации Е3 допускается принимать вами.
МИ д5ь°00’ 40 °00’ 30000 и 20000 кПа при
коэффициентах пористости равных соот-
ветственно 0,45; 0,55; 0,65 и 0,75.
В точках, в которых ограждение пе-
ремещается в сторону от грунта (Дг^0)
дополнительное реактивное давление не
учитывают, т. е. принимают дрг=0.
Вертикальное давление от веса и
бокового давления грунта, определяемое
Рис. 4.6. Схема к оврех*-
лению дополнительного ре-
активного давления грутта
на ограждение
с применением расчетных характеристик грунтов (удельного веса
гь угла вну греннего трения <рь и и удельного сцепления
Сь п), согласно СНиП П-55—79, коэффициенты пере-
грузки принимают равными 1,0.
4Л ДАВЛЕНИЕ ГРУНТА НА ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ
Основной нагрузкой, действующей на подпорную стену и опре-
деляющей размеры ее профиля, служит давление грунта.
Стены на скальном и нескальном основании. При неска.тьнсм
основании принято рассчитывать подпорные стены на действие
активного давления грунта, которое отвечает состоянию его пре-
дельного равновесия, возникающему в случае, если ограждающая
подпорная стена получила перемещение в сторону от грунта, ко-
торый она удерживает от обрушения. Предполагают, что такое
перемещение будет обеспечено за счет деформации основания.
Подпорные же стены на скальном основании, а также стены
жестких подземных сооружений, испытывающих самоуравнове-
шенное давление грунта с обеих сторон, нужно рассчитывать на
действие установившегося давления в состоянии покоя.
При определении давления грунта на заднюю грань линев~и
плиты и на верхнюю фундаментной плиты подпорной стены у толч-
кового профиля учитывают возможность образования плоек с е
скольжения засыпки и выбирают наиболее опасную.
Схемы плоскостей скольжения. В большинстве случаев можно
ограничиться рассмотрением плоскостей скольжения до
схемам Для первой схемы (рис. 4.7, аА опасная плоскос4ь ск '.ть
женин А'В' и равнодействующая Q давления грунта на нее могут
быть найдены так же, как в случае пологой подпорной
При этом угол отклонения равнодействующей давлении от норма-
ли принимают равным углу внутреннего трения грунта. а к сое-
ственному весу подпорной стены прибавляют вес G засыпки в_ ъ-
сме призмы с основанием ЛА'ВВ'. Для второй схемы (р<ы. • •
которая может иметь место при короткой тыловой консати фхн^а
ментальной плиты, плоскость скольжения Л В и силу Q: с.ые.еля
Рис. 4.7. Схемы к определению «ав^яя грунта на подпорную стену уголко-
ют как для пологой подпорной стены, но при этом находят и поло-
жение точки Л'. Равнодействующую давлении на верхнюю часть
стены определяют независимо от нижнеи и принимают с углом
отклонения 6=0,5Ф. Силу Q2 определяют с учетом пригрузки от
веса грунта выше горизонтальной линии, проведенной через точку
А' Вес #2 призмы А'ВВ' прибавляют к весу стены.
Для более приближенных расчетов допускается прини-
мать давление Q грунта действующим на вертикальную плоскость
СВ" и направленным под углом р к горизонту. К весу подпорной
стены добавляют вес G призмы АВ В С грунта.
При горизонтальной поверхности засыпки за подпорной стеной
(см. рис. 4.7) для обоих случаев все углы наклона плоскостей
скольжения к вертикали принимают равными 45°—0,5<р, а равно-
действующую давлений на вертикальную плоскость СВ' (для плос-
костей скольжения она будет плоскостью симметрии) определяют
при 6=0 и принимают горизонтальной. Во всех случаях учитыва-
ют давление грунта на тыловую грань В'В" фундамента.
Нетрудно показать, что в случае вертикальной лицевой плиты
и горизонтальной поверхности засыпки (р = 0), если принять 6=ф,
то обе ра-'четные схемы (для двух случаев) образования
плоскостей скольжения приведут к одинаковым результатам. Дей-
м1Во1еЛЬН°’ ДЛЯ сл^чая по Рис- 4.7, а равнодействующие давлений
ной ппм°™ Г^аиь лицев°й плиты и на верхнюю грань фундамент-
ной плиты будут соответственно:
Q-0,57A2tg2(45°-0,5 ?); G~4hb
4 пч>
где - ширина верхней грани фундаментной плиты.
« сила С - вер-
жутся симметпичными L ° обе скости скольжения ока-
СВ-. „ к™рТ“”" * вертикальной „лоскостн
давление на эту плоскост/будет та?™™6 напРяжения. поэтому
лицевой плиты в первом слччяи н «ИМ Же’ как На заднюю гРань
сил G, действующих на вепхн^"6 булет различия и в значениях
80 > х на верхнюю грань фундаментной плиты.
Става
ПОДПОРНЫЕ СТЕНЫ
ПОРТАЛЫ
И РАМПЫ
5.1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ
Подпорные стены обычно применяют при устройстве авт м -
бильных и железных дорог на косогорах. Основное назначе-
ние стен — восприятие горизонтального давления грунта со
стороны откоса. Концевые опоры (устои) мостов тоже пред 'яв-
ляют собой короткие подпорные стены, воспринимающие давление
грунта подходных насыпей.
Монолитные стены раньше возводились преимущественно мас-
сивными из каменной кладки и бетона (рис. 5.1). Они и до сих
пор встречаются в пределах старой городской застройки. Теперь
стены высотой до 5 м сооружают сборными железосет1н-
ными, а более высокие и тяжелые — сборными и монолитными
(рис. 5.2).
Фундаменты подпорных стен, как правило, относят к типу мел-
кого заложения. Однако в неблагоприятных условиях исдользухт
и свайные ростверки, характерная особенность которых — наличие
наклонных свай, рассчитанных на восприятие горизонтальной на-
грузки.
Порталы и рампы применяют для сопряжения т нелеи.
выходящих на дневную поверхность, с подходными зыем.амж
Прямой портал представляет собой подпорную стену, расположен-
ную поперек оси тоннеля и служащую для поддержанпт *
в основании которого находится вход в тоннель. Если Clc.-^
тала расположена под углом к оси тоннеля тал ?у_ле. ко
сым. Прямые и косые порталы устраивают там, где можно сделать
подходную выемку с естественными откосами, что в ггсд^'У
ловиях не всегда осуществимо. В таких случаях для <. . •- •
ширины выемки вместо портала устраивают рампы. Рампь - э.о
подпорные стены или другие вертикальные ^"ления -..а
ющие подходной выемке прямоугольное сечение минима. . . i
ширины.
Порталы и рампы
иметь монолитную или
(рис. 5.3) обычно железобетонные, могут
сборную конструкцию. Монолитные порта-
81
б — из бе-
Рис 5.1. монолитные
стены:
а _ яз бутовой кладки;
тона
Рис. 5J2. Железобетонные угол-
ковые подпорные стены:
а — монолитная; б — сборная, 1 и
2 — сборные блоки
подпорные
лы применяют при большой высоте подпорных стен, сборные при
меньших высотах, когда масса отдельных элементов конструкции
допускает их перевозку на автомобильных прицепах и монтаж
кранами.
Иначе выглядит переход наземного участка дороги в тоннель
с помощью рамп из монолитного железобетона в виде прямоуголь-
ных лотков. При высоте рамп до 6 м их сооружают без распорок,.
ШтрихчтунктирнойТпНЬ1 а Прямом П0Ртале двухочкового тоннеля:
рих пунктирной линией показан контур выемки у входа в тоннель
82
Рис. 54. Схема рэмпм при
входе й топим» (сечет*):
1 ~ , **7"^»злк<з1Я *-’•«»« иъ-
я* •./Летоямой рай-., 2 — рх-
,у/' — урояеиь голоасм *****
са (яерпгикалмый «аеяггвО •
*) раз крупнее г
нота)
а Дальше вплоть до входа в тоннель между ними располага т
железобетонные распорные балки, необходимые для разгрузки
стен от больших изгибающих моментов, которые создают ’аЫе-
ние грунта со стороны засыпки (рис. 5.4).
Нужно отметить, что подпорные стены были первыми инженер-
ными сооружениями, для которых 200 лет назад Ш. О. Кулон раз-
работал теорию определения давления грунта, явившуюся первый
шагом в создании новой науки — механики грунтов. Не ме ее
интересен и тот факт, что формулами Кулона до сих пор пользу-
ются в расчетах подпорных стен, шпунтовых ограждений и других
транспортных сооружений, несмотря на огромную исследователь-
скую работу, проделанную с тех пор.
5.2. УСЛОВИЯ РАБОТЫ КОНСТРУКЦИЙ
И ИХ ПРЕДЕЛЬНЫЕ СОСТОЯНИЯ
Подпорные стены, порталы и рампы транспортных сооружений
находятся в довольно сложных условиях работы, зависящих от
многих факторов, одни из которых еще недостаточно хорошо изу-
чены, а другие трудно поддаются математическому описанию. Осс -
бенно сложным оказывается изучение и учет всех факиров
в их взаимодействии.
Характерно, что подпорные стены служат элементами порхз-
лов и рамп с сечением уголкового типа, а сборные ген . сс?
мещают в себе функции самого сооружения и фундаментной
плиты. „ , -
Грунт находящийся за подпорной стеной и поддерживаем ы i ею
в заданном положении, стремясь под влиянием гравитационных
сил прийти в движение и занять объем, ограниченный по=е. \ъс-
стью естественного откоса, встречает сопротивление огражда.-о„еЗ
его стены и оказывает на нее давление. Это явление ьазчс.т не
только от физико-механических свойств грунта и геом<^Р“ч^й*
размеров стены и откоса, но также и от характера и размс а пе..е
е в свою очередь, зависят от >кесткост„
мешении <стены, ко рсиования. сложный характер
^Перемещения подпорной стенытвердого тела, завися:
П Р гяются ИЗ перемещении с ерЖИВаемого грунта, и Из
Он" Реформации основания « рРений, связанных с дефор.
Хгик или упругопластических и Р)е значение только ДЛя
"ацией самого тела c\eH“c("°Oe сложное перемещение подпорной
тонких и гибких стен). Всякое основания может быть
стены как твердого тела однош __ горизонтальное и вертикаль-
разложено на три с°ХОт относительно той или инои оси, При
ное перемещения и поворо быть рассмотрено в качестве
скальном основании, «°еповорот возможен относительно ниж-
абсолютно жесткого £ падпорной стены, а при дефор-
него переднего или задне риосн расположенной ближе к се-
редине ширины подо’™ь‘' неКотором значении нагрузок, дей-
Предельиые состояния При р™Ремешения МОГут достигнуть
ствующих на подпорную с , п1ОСКий сдвиг стены на поверхно-
таких размеров что произоиде плоски* ие (₽ис 5 £
СТИ основания (рис. оо, а) или £ й ч и в 0 с т ь „ пе.
реста™ выполнять 'свое назначение как инженерное сооружение,
Ге наступает ее предельное состояние. При недостаточно прочном
основании стена может потерять устойчивость при его разрушении
вместе с откосом и с возникновением в них поверхностей скольже
ния, с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента и да-
же с опрокидыванием стены в противополоукную сторону
(рис. 5.5, в).
Предельным состоянием подпорной стены нужно также счи-
тать развитие в ее основании недопустимо больших по условиям
эксплуатации перемещений в виде осадок и кренов.
Кроме того, предельным состоянием подпорной стены (рис. 5.6)
будет достижение эксцентриситетом е нормальной составляющей
N, равнодействующей R всех сил, передающихся на основание,
некоторой части от ширины b подошвы подпорной стены. Для без-
напорных подпорных стен на нескольких основаниях необходимо
обеспечивать е^5/5, а для напорных е<Ь/6. Последнее условие
Рис. 5.5. Схемы потери устойчивости подпорной стеной: та
/ — поверхность скольжения; 2 — поверхность выпора; 3 — поверхность осевше! о ГРУ
84
Рис,
сил
5.6. Схема деЗствт»
на основание подпор-
ной стены
подпорной
крушение
равносильно требованию, чтобы давле-
ние ня основание подпорной стены пе
редавалось по всей ширине b ее подош-
вы.
Предельному состоянию
стены соответствует н
прочности или трещиностойкости ма-
териала самой стены, связанное с появ-
лением недопустимых напряжений или
усилий.
Рассмотренные предельные состояния
относятся в основном к эксплуатацион-
ному периоду работы подпорной стены.
В период строительства и ремонта со-
оружения представляют опасность дру-
гие предельные состояния, связанные с
технологией производства строительных
работ. Так, например, при транспортировании элементов сборных
железобетонных подпорных стен к месту их установки и пчи мон-
таже могут возникнуть усилия, опасные для прочности этих эле-
ментов.
Принципы расчета подпорных стен. Цель расчета и конструиро-
вания подпорной стены — обеспечить, чтобы ни одно из возмож-
ных предельных состояний не наступило в течение всего периода
ее эксплуатации. При этом высота подпорной стены, ее материал,
тип и форма профиля предполагаются предварительно заданными
с учетом тех иди других конкретных местных условий.
Исходя из этого подпорные стены и их основания должны быть
рассчитаны:
по первой группе предельных состояний на устойчивость
положения самой подпорной стены против плоского сдвига по п -
верхности ее основания и устойчивость положения подпорной сте-
ны против ее опрокидывания; на прочность грунта основания
элементов самой конструкции подпорной стены;
по второй группе предельных состояний на осадки и к <
ны подпорной стены, связанные с деформацией грунта основа-
ния и трещиностойкость элементов конструкции подпорной
стены.
Устойчивость нужно определять при действии расчетных нагру-
зок с введением расчетных характеристик материала конструкции.
Для грунта вводят характеристики уь q>i и d. Сооственно'
цню подпорной стены на прочность проверяют при С оков, м Д-в-
лении грунта в состоянии покоя, а на участках, где элементы пе .-
гор. ых‘ стен в результате дополнительных воздействии переме-
щают™ всторону грунта, - при действии дополнительного оо-
К°ВПо вДтоРойН“группе предельных состояний рассчитывают при
действии нормативных нагрузок, а для грунта вводят характерно-
ТИКИ -уп, (pH и Сц.
Расчеты на треш и и ос той кость обязательны только .
подпорных стен, подверженных напор) воды. 1 и этом коэфл"’
«= перегрузки и расчетные значения характеристик Гр*-
назначают с учетом характера и степени влияния трещин „а
вия эксплуатации подпорных стен.
Во всех случаях стены нужно рассчитывать на наиболее
годное сочетание нагрузок в различные периоды работы подпощЛ*
стены — эксплуатационном, строительном, ремонтном. Ход раси/^
может быть прямым или обратным. Прямой ход расчета состс?9
в том, что по найденным предварительно нагрузкам находят мц ИТ
мальные требуемые размеры профиля, в частности ширину под НИ*
вы. При обратном ходе расчета предварительно назначают ра^°Ш*
ры профиля стены, а затем проверяют по различным пределы?16
состояниям. В этом случае основная трудность состоит в ппе Ь1М
рительном назначении размеров профиля с учетом предъявляв?89'
к нему различных требований. * 1Ь1х
Может быть и комбинированный ход расчета, при котором
предварительного назначения ширины подошвы стены пользую Я
приближенными формулами или составленными по ним гпабш ?СЯ
< последующими проверками, в ходе которых могут быть внреппИ
те или иные сравнительно небольшие изменения размеров профиля
В этом случае основная трудность состоит в предка-
5.3. УСТОЙЧИВОСТЬ КОНСТРУКЦИЙ
При расчете подпорных стен должна быть проверена их устой-
чивость против плоского сдвига по основанию и опрокидывания с
учетом его деформаций.
Устойчивость против плоского сдвига по основанию. Условие
такой устойчивости подпорной стены по поверхности основания
выражается неравенством
ПС ^СЛВ
с с д в уд и,
(5.1)
равной сумме проекций всех рас-
основания сдвигу стены;
для железобетонных и бетонных
тде и с — коэффициент сочетания нагрузок;
Т с де —расчетное значение сдвигающей силы,
четных сил на плоскость скольжения;
7’уд — расчетное значение силы сопротивления
/« — коэффициент условий работы, который
подпорных стен принимается равным 1,0
кн — коэффициент надежности, учитывающий степень ответственности, капи-
тальности и ------- “ иных пре*
________ Vivian, 13IBC1C1J
тальности и значимость последствий при наступлении тех или
дельных состояний, принимаемый с учетом класса сооружений:
Класс ........... I II III IV
Кн.......................................1,25 1,2 1,15 1,1
Приняв конкретный профиль подпорной
(5.1) заменяют формулой для
.дежности
стены, неравенство
расчетного коэффициента и а-#
(5.2)
86
Полученный при этом
коэффициент кн не должен
быть меньше значений, со-
ответствующих классутран-
спортного сооружения.
При горизонталь-
ной поверхности ос-
нования к сдвигающим си-
лам относят расчетные си-
лы активного давления
грунта и воды, а к удержи-
вающим — силу трения,
вызванную силой N, в ко-
торую входит собственный
вес конструкции стены G,
вес грунта, лежащего на
задней и передней плитах с
учетом противодавления W.
Кроме того, к удерживаю-
щим силам относят силу
сцепления между подошвой
а также равнодействующую
Рис. 5 7. Схема сил, действующих на под-
порную стену
стены и поверхностью ее основания,
расчетного пассивного давления, для
которого, кроме коэффициента перегрузки п=0,9, вводят еще ко-
эффициент условий работы тп = 0,7, учитывающий то обстоятель-
ство, что для полного проявления равнодействующей необходим-у
значительное перемещение, которое при нормальной эксплуатации
сооружения недопустимо.
Применительно к схеме усилий, изображенных на рнс. 5.7, име-
ем:
7С1В-^а + :
7уд = Nf + FC + Qn;
— Gc -г C7rpi + Orp2 GB W взв,
(5.31
(5.4)
(5.5>
Qa = Qai + Qao,
где
- равнодействующая активного давления грунта на заднюю грань с-еу
или на вертикальную плоскость, касательную к ты. ьному к нцд ф д~-
ментной плиты;
Qlf) — равнодействующая давления воды на заднюю rpafb,
Г).„ _ то же на переднюю грань подпорной стены; -
f, скоэффициент т^ния и удельное сцепление между подошэен подпора.
стены и поверхностью ее оснрвэниЯд в „прпрплх которой vt •' -
Г _ часть площади i
вается сцепление;
Qn _ равнодействующая
(
'В8П _ равнодействующая
подошвы подпорной степы, в пределах которой ™~-
пассивного давления на вертикальную плоскость. кз-
При наклонной плоскости сдвига все силы проецнру-
ются на эту плоскость и на нормаль к ней.
Касательную силу сопротивления основания сдвигу TV/j г
принимают распределенной по подошве подпорном стены в С() с
нетствин с выражением г‘
т = pf + с» . р
(5.6)
ние р — давление на основание в рассматриваемой точке.
Коэффициент трения [ при железобетонной подпорной стене принц
«с учетом вида грунта основания: МаЮт
Скальные грунты с неомыливающейся поверхностью..........g 6
Крупнообломочные грунты.....................0*5
Песчаные грунты.........................................О’4
Супеси и суглинки.......................................q 3
Влажные глины......................................... 0*
Глины, насыщенные водой..............................’ 0 2°
Если данные о значении удельного сцепления по поверхности
•сдвига отсутствуют, его принимают равным нулю.
Для предварительного подбора ширины b подошвы подпорной
стены уголкового профиля по условию ее устойчивости против пло-
ского сдвига по основанию представим формулу (5.2) в следую-
щем виде:
* ’ 'fcH “с * СДВ 1)
где Гсдв — сумма горизонтальных сил, действующих на подпорную стену.
В первом приближении силы Qn и Fc (см. рис. 5.7) не учиты-
вают, а силу N принимают равной собственному весу подпорной
стены вместе с весом грунта на фундаментной плите. В этом слу-
чае сила N на единицу длины подпорной стены может быть выра-
жена через расчетный удельный вес материала ус = 0,9-25 =
= 22,5 кН/м3, через полную высоту h стены и безразмерный па-
раметр 0=26:(ЗА), где b — ширина подошвы подпорной стены,
т. е.
от удель-
давления
эпюре
(5.9)
)СЛшипин?МУЛУ (5-1) и решим полу-
Р 1 подошвы стены, получим
2 Ь
Лг = со-/ А2 = — • — 22,5А2 = 1566.
с 3 А
При этом удельный вес грунта у=18 кН/м3, т. е. 0,8
него веса материала стены.
Горизонтальная составляющая равнодействующей
грунта, принятого распределенным по треугольной
7'сдв=°-5}а'./Л2-
Подставим величины N и Т<
ченное уравнение относительно
^“нМаЧМЗО/).
В качестве дальнейшего упрощения примем кн=1,2; =
ла = 0,333; у=18 кН/м3. Тогда 6=0,225 А/[. Для значений f = 0,6^
<-0,2 потребуется ширина подошвы подпорной стены в пределах
’0,375—1,12 от ее высоты, а в среднем 0,6.
•88
Должна коиеря
Устойчивость Против оппокилын
При скальном основании подпорной '’’’’'"•’и1*'’
абсолютно жестким, стена (япюкишХ’, ,"
вокруг нижнего переднего («»!,„ ' я^ц'л f'.»*pir,TKW
плиты, проекцией которого на w • -•^‘:Г'ра Ф/
'ГЛЧКЯ О (см ПИС 3 15! Vr d икальиую ПЛГКК/ГЬ Г.луАИТ
против опрокидывания: ’ У ЛОЙИе Уст<^'п»от шдооро* стет»
',с'Мопр<Л!у1^:«и1
(5 1П>
где Мопр — сумма моментов
сил, вращающих
Муд — сумма моментов
ционных сил,
того же ребра.
стХеТгт^ опР™<идываюших сил, ? е гспмяых
У тносительно нижнего О
расчетных удерживающих сил, т е гдомггэ-
удерживающих стену от вращения
грзджтэ-
Величины /гс, т и кн имеют тот же смысл и те же численные
значения, что и при расчете на устойчивость против сдвига.
Для проверки вместо неравенства (5.10) служит формула
к ;(Л дл J.
н уд ' с опр/
(5-1!>
При горизонтальной поверхности основания выражен ие (5.11>
содержит моменты сил, входящих в формулу (5.2).
Для предварительного подбора ширины b подошвы подпор? \
стены уголкового профиля по условию ее устойчивости против оп-
рокидывания представим формулу (5.10) в следующем виде:
№ = *нпс Т2,
где х, z — плечи сил соответственно N и Т относительно точки О,
Плечо х силы N можтю выразить, как некоторую часть от
полной ширины b профиля. Для подпорной стены уголкового про-
филя ф = 0,572, а для параметра со сохраняется прежнее значение
2 b:(3fi), так же как и прежние выражения сил Л и 7. Плечо си-
лы Т при треугольной эпюре давления грунта z=h 3. Ширина
b = 0,127)/* <51-’
Для кн=1,2; Пс=1,0; Ла=0,333; ?=18 кН/м’ получим Ь =
— 0341 h. Так как это меньше, чем минимальное значение
=0 375/i требуемое по условию устойчивости против сдвига. ~
можно сделать вывод, что в большинстве слУчае®.
порной стены на скальпом основании по ус» . .и
ПР0ТЛХ№И“”ру™ " умо.ая уста,'™™.
ста.ы проги опрокидывания. рекомендованная Н. Б. Лялнкым
и И. И. Стрелецким, в виде неравенства.
yWc:Afn[,^«':(ncK„)>
где Me - Р^,’“йль"°меос11/п^ тяжести’С подаи-
_ п^“льн^ГмоХЫ’отвосительно той же осн, т. е. момент, сере-
кидывающий сооружение.
на подпорную стену
М пр
Так как оба момента могут быть выражены через всртщ
•тую составляющую N равнодействующей всех сил, через ра ° 1Ь'
ный е и предельный е^—0,5Ь эксцентриситеты силы N (т>
= .\'е и Л/пр==0,5Л^), то из неравенства (5.13) можно получ^^
формулу для коэффициента надежности при проверочном Ч11Ть
чете
л:н = тб:(2псе). (5.14)
Устойчивость против опрокидывания с учетом деформации ос-
нования. Если основание подпорной стены сложено из лег ко де-
формируемых песчаных и глинистых грунтов, то допущение
о том, что подпорная стена при опрокидывании повернется вокруг
нижнего переднего ребра О (см. рис. 5.7) не будет соответствовать
действительности.
Для установления положения оси, относительно которой может
произойти опрокидывание, составляют уравнения равновесия под-
порной стены на местнодеформируемом основании Винклера. При
этом подпорную стену рассматривают в повернутом на малый угол
положении. Собственный вес стены полагают сохраняющим вер-
тикальное направление, а все остальные силы — поворачивающи-
мися вместе со стеной в вертикальной плоскости и сохраняющи-
ми свои значения. Уравнения равновесия составляют в форме
уравнения моментов всех сил относительно середины подошвы и
уравнения проекций всех действующих сил на нормаль к повер-
нувшейся подошве.
Для определения наибольшего возможного расчетного момента
или, что то же самое, предельного момента производную
него°™арИП° эксцентРиснтетУ приравнивают нулю и из получен-
ного равнения находят выражение для предельного эксцентриси-
%>~0,5
(5-15)
где Zo — расстояние от центра тяжести подпорной стены до поверхности се
основания;
к — коэффициент постели грунта.
Формула (5.15) свидетельствует о том, что при деформируемом
основании поворот профиля подпорной стены уже происходит от-
носительно точки О', находящейся от середины подошвы на рас-
стоянии епр, выражаемом этой формулой, или, что то же самое,
сдвинутой по отношению к точке О на величину
d-0,5 j 12Л'го:к.
Коэффициент постели к не нормирован, поэтому мож-
но привести только ориентировочные данные, взятые из литера-
турного источника:
90
(5.16)
Грунт малой плотности
» средней >
» плотный . . .
» очень плотный
» твердый . . . .
» скальный . . . .
1 -1 Ил 5 ИЛ кН и*
к - 5-10» 5 и,д а{ м‘
к -5 10» 4- 5 ИЛ кН w’
. ИГ-4- 2 ИЛ кН и»
. к -’2-ИЛ~ ЬПЛ кН
•*-Ы0»-И5 10» кН •
5.4. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЯ ПРИ ГЛУБИННОМ СДВИГЕ
Проверка подпорной стены на сдвиг по поверхности основания
нужна лишь при наличии достаточно прочного ее основания
В противном случае может произойти сдвиг стен вместе с груиток
основания по некоторой криволинейной поверхности с к о i -
ж е и и я. Эту поверхность для упрощения принимают круглоци-
линдрической, проходящей через нижнее заднее ребро фундамент-
ной плиты (рис. 5.8) и имеющей центр в точке О.
Рассматривая сооружение вместе с грунтом как одно целое я
принимая, что сдвиг по дуге окружности произойдет лишь тогда,
когда расчетный момент М. всех сил, действующих на сдвигаемое
тело, относительно точки О (на опасной поверхности скольжения),
достигнет значения предельного момента сил трения и сцепления
относительно той же точки. При этом расчетный коэффициент на-
дежности выразится формулой (5.10).
Пользуясь упрощенной методикой, разобьем сдвигаемое тело
на четыре части (см. рис. 5.8) и, обозначив расчетные веса отдель-
ных частей через Gb G2, Gz, G4, а их плечи относительно центра
вращения О соответственно через xb х2, л'з и хд=0, выразим рас-
четный момент в виде суммы:
/Ло = Gy ~ G‘2 G3 Л*3-
Зная значение равнодействующей всех весовых нагрузок G=
— Gl+G2+G3+G4, найдем относительно центра вращения ее
плечо
(5.18»
Это позволяет найти расчетный момент
Мо ~ Gx0 == Gr sin а.
Угол отклонения б силы G
ся так:
1g й =• ~Г
о
о
— Ао
от нормали к окружности выразнт-
основание, вызывает равную ей ре-
на составляющие:
Т == G sin 5.
Сила G, передающаяся на
акцию, которая разлагается
N =*G cos б и
9!
с я Схема к расчету несущ^
РПС. 5.8- основания подпорной
способности
стены
в состоянии предельного равновесия
сила внутреннего трения
грунта
(5.19)
Д' tg = С tg т COS О,
л предельный удерживающий момент
м = г (.V tg ? -ь С5) = Г (G tg • cos 5 -|- cs).
уд
Подставляя выражения расчетного и предельного моментов в
формулу (5.10), приведем ее к виду:
*H = tg<?:tgS4-cs:(Gsin S).
Получив второе слагаемое и разделив его одновременно на
величину
cos о - Za:г = /1 - (V')2 = /1 - [ Ио:(Gr)]2.
получим коэффициент надежности
к
и
CS
О J/1-R1o:(G7)F
(5.20)
Из Счисленного множества возможных круглоцилиндриче-
бп\т. т1ерХН°СТеИ скольжения с разными центрами О нужно вы-
кР ПпыУ’т?0Т°рая с°ответствует наименьшему значению
же с ^поимрнримт" ^пмХ0;1ЯТ или П0ВТ0Рными испытаниями, или
ся в таких onrawiJ П° £Рециальным программам, имеющим-
программы поЛоиаЛИЙХ КЗК ГидР0ПР°ект и Фундаментпроект. Эти
и наличие в оснопм/ учесть ос°бенности геологического разреза
Минимально лопугтиГРУИТе основания более слабых прослоек,
и при проверке устойиир16 значения *н остаются такими же, как
сдвига на поверхности °СТИ П0ДП0Рн°й стены против плоского
nd поверхности основания.
5Х ₽АСЧЕТ КОНС™«ЦИЙ ПО ДЕФОРМАЦИЯМ
мадиям, точнее п о^^е м°р ni ГНИЯ подпорной стены по дефор-
нормальных напряжений (дар пт 1\иям> состоит в определении
Формулам сопротивления матеп^!?3 повеР^ость основания по
92 НИЯ матеРиалов, выведенных исходя из до-
пушения, что эпюра напряжений m
прямолинейную форму (См. рис им.ет
случая — линия действия силы Л/ L*?? 1704 г,'л: лв 4
пределы ядра сечения по иодошве ИЛИ "
Сила N не выходит из ядра сечения '
Среднее, наибольшее инаименьшее к ё вТё
p^ = N!b-
Апах = РСр (1 -ь 6а Ь); •,
^min == РСр (1 — 6е;Ь);
где N сумма вертикальных составляющих всех расчетных иаго’-чск-
b — ширина подошвы подпорной стены; расчетных нагрузок,
е ~ порноТстеныТ СИЛЫ N П° отно^ению к середине подошвы л-
Мс — расчетный момент всех сил относительно середины подошвы стены.
Если известны удерживающий и опрокидывающий мом-чты
относительно нижнего переднего ребра О стены, то
е = 0,5Ь-с при с = (Муд_Мопр):.У.
Сила N выходит из ядра сечения. В этом случае е>Ь 6 или
с<Ь!3. ’Зкесъ формулы (5.21)— (5.22) неприменимы, так как г-.-
оказывается отрицательным, а растягивающие напряжения не мо-
гут быть восприняты на контакте между грунтовым основанием и
опирающейся на него подпорной стеной.
В этом случае формулу для ртах находят из условия, что часть
ширины подошвы выключается из работы, а эпюра сжимают их
напряжений работающей части Ь\ ограничена прямой, т. е. имеет
вид треугольника (см. рис. 5.7, II). Йз условия равновесия
следует, что площадь этой эпюры равна силе Л, а центр тяжести
эпюры лежит на линии ее действия. Отсюда
сР = ^г Алах = 2/^. (5 25)
= 3 (0,56 — ^) = Зе; />
Если сила N приложена с эксцентриситетом е=6.6, т. е на
границе ядра сечения, то формулы (5.22) и (5.2а) даю» с_,..-.
же результат. v
Как указано, допустимые значения эксцентриситета е Сила
для безнапорных подпорных стен на нескальных основаниях н} л-
но принимать менее 6/5, а для подпорных стен, „ Пт1ЛГ)Пной с-е-
ствию напора воды, - менее 6/6. Отрыв подошвы
ны от поверхности основания допускается Р* " пя-'-е-
особых сочетаниях нагрузок для сооружении в сейсмических ра
“наибольшее давление на грунт основания не должно
ппевышать 1 2 Л где R - условное расчетное сопротивление, т. е.
превышать i,z к, 1Д j Гпопирр лявпение должно быть менъ-
давление на грунт основания. Среднее давление дилж
ше или равно R. tt.
Если
тот же
Значения расчетных
Значения расчетных соприш^.^.. r
тановлены в зависимости от глубины заложения фундамента^с'
рины ее подошвы и от коэффициента пористости грунта (см. п
Осадки и крены. Если рассматривать основания подпорно« ^).
ны в качестве местнодеформируемой среды с коэффициентом1 СТе'
тели к, то осадки и крены подпорных стен могут быть onnpnL П°с'
в двух случаях. Д
1. Давление на основание передается по
подошвы фундаментной плиты (см. рис. 5.7, /).
осадка
всей ширине ъ
Здесь средняя
5ср =/’ср :л'=л’; (*'')’
(5.26)
крен
е = (/’max-/’т.п): И) = 12Ле:(М\ (5.2?)
причем Ртах и Ртш находят по формулам (5.22) или (5.23).
2. Давление на основание передается на части ширины Ь
подошвы фундаментной плиты (см. рис. 5.7, //). Тогда:
«cp“/’cp:'f = -v-(i1K)-' (5.28)
0 =3/’max:(*i к)- (5.29)
Если исходить из расчетной модели грунтового основания, ха-
рактеризуемой модулем деформации, то среднюю осадку подпор-
ной стены нужно определять методом суммирования деформации
отдельных слоев, на которые разбивается сжимаемая толща осно-
вания (см. гл. 1). Крен подпорной стены в этом случае
9 = №(1 -н2):(^Е), (5.30)
где £, р. соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона
грунта, принимаемые средними в пределах сжимаемой толщи.
Рис. 5.9. Схемы к р
ны на сваях
, ее е е Ф
еэ—е е—ф
расчету подпорной сте
Применительно к указа-
ниям СНиП 11-17—77 пре-
дельно допустимый крен
ПОДПОрЯОЙ СТеНЫ 6пр =
= 0,004, а предельно допус-
тимая средняя осадка
$ср.пр==20 см.
5 6 РАСЧЕТ СВАЙНОГО ФУНДА-
МЕНТА ПОДПОРНОЙ СТЕНЫ
При недостаточной проч-
ности грунта основания под-
10рные стены возводят на
(PHcH°RQ 1 фундаменте
(Р с. 5.9, а), а в случае
94
большой горизонтальной [1ЯГп
вертикальных свай, примени АР> ‘Ки "а ""лпг,;, , г...
<* 5.9. 'л’"vs::
Усилия в вертикальных сваях
что они работают в упругой аих/>пРеделЯк>т в предлолсжени-
формулу внецентренного сжатии и И’ 310 позволяв
сваю любого i-го ряда, Для Усилия> "ереХиТ"?™
ext
п
(5 31)
усилие в свае Z-ro ряда;
равнодействующая вертикальных сил, приходящаяся на да ' •
длины подпорной стены; д -
Л общее число сваи на рассматриваемом участке подпорной стены’
е эксцентриситет силы N относительно оси у, проходящей через п~ пр тя-
жести свайного фундамента;
х/ — расстояние данного ряда свай от оси у;
х2 — сумма квадратов расстояний всех свай от оси у.
Усилия в сваях должны быть меньше или равны их расчет л
сопротивлениям RB, умноженным на коэффициент условий работы
т. При числе свай в фундаментной плите более 10 принимается
т=1,0. Кроме того, свайный фундамент должен быть проверен
на действие горизонтальных сил по выражению:
Т :(nRr)^m,
(5 32)
где Т — сумма горизонтальных составляющих всех сил, действующих -i
рассматриваемый участок стены;
Rr — расчетное сопротивление сваи горизонтальной иагрузке, зависящее
от ее материала, размеров поперечного сечения и вида грунта.
Величину Rr деревянных и железобетонных свай для первого
приближения можно принимать по табл. 5.1.
Таблица 5 1
Расчетные сопротивления сваи горизонтальной нагрузке
Грунты основания на глубине забивки Д>г, кН. для свай
железобетонных, сечением а%Ь, см* деревянных диаметром d, см Требуем* '
гдуЙмяа ’ км с 3 2 _ >9 -
зохзо 35X35 40X40 28 30 32 железо- бетон- ных
Пески средней плотно- сти, супеси, суглинки и G0 70 80 26 27 28 4.5 1
глины тугопластичные Пески и супеси пылева- 25 30 35 14 15 16 7- 5 d
тые, суглинки и глины мягкопластичные 1 f\ 5 5.5 6 Эе 6
Илы, супеси, суглинки и глины текучепластичные 10 1о
$5
в наклонной свае
одностороннего козла усилие
Л|„Г:(л„5.п8).
, п _, и свае козл а
Усилие в верти ка.
(5.33)
3деСЬ,Г ZЖ”™" "ХТи“вертикальных свай на рассматриваемому.
Lj^aXa кочевав к вертикали.
Так как усилие Р» выдергивающее, то его считают отрицатель,
ным Кроме того, в вертикальных сваях козла действует погруЖаю.
щее (сжимающее) усилие Pi, которое определяют по формуле '
(5.31).
5,7. РАСЧЕТ ПОДПОРНЫХ СТЕН НА ПРОЧНОСТЬ
И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ (ПРИМЕРЫ)
Подпорные стены уголкового профиля (рис. 5.10, а) рассчиты-
вают как консольные плиты, заделанные в общий жесткий узел.
Общие положения. На лицевую плиту основная нагрузка
от засыпки, воды и временной нагрузки действует со стороны зад-
ней грани. Эта нагрузка может иметь не только горизонтальную
составляющую, но и вертикальную. Кроме того, на лицевую плиту
действует небольшая нагрузка со стороны передней грани и соб-
ственный вес.
На фундаментную плиту сверху вниз действуют вес засыпки и
собственный вес плиты, а снизу вверх — реактивное давление
грунта на основание, распределенное по трапеции или треугольни-
ку, и давление грунтовой воды. При этом вес засыпки действует
значительно больше на тыльную часть плиты, чем на переднюю.
По эпюрам расчетных нагрузок и реактивного давления (см.
рис. 5.10, б), которые должны находиться между собой в равно-
весии, легко построить эпюру изгибающих моментов, а в необхо-
димых случаях и эпюры поперечных и продольных сил. Из условия
равновесия общего узла В следует, что Ali=Af2+M .
По найденным изгибающим моментам можно подобрать тол-
И Ра^очУю арматуру или проверить предварительно
мо грт Т,1Ь1е сечсния- Некоторое снижение расхода материалов
дует лР0Д0ДЬН°й силы в лицевой плите. Этим не слс-
Для полппп<ГиГа1Ь осо^снио ПРИ расчете крупных сооружений,
проверка опасмыСТеН’ подвеРженнь1х давлению воды, обязательна
Сборныпппп„пС,еЧеНИ" ПЛИТ «а трещи.,ОС той кость.
(рис 5РЦ) narcuu?K стены’ состоящие из отдельных плит
шарнира и пят,,,, В Э,°М случае рассматривают в качестве
тую в точках PR н ДЬ1вают личевую плиту как свободно опер-
точках В и С с консолью АС. Для фундаментной плиты
Рис. 5.10. Схема к расчету подпорной сте-
ны уголкового профиля
принимают расчетную схему
в виде шарнирно опертой
балки с двумя консолями.
Усилие в анкерной тяге
(оттяжка)
S = /?c:sina, (5з5)
где /?с — опорная реакция лице-
вой плиты в точке С, при опреде-
ления которой нужно учитывать
длину по фронту той части ли-
цевой плиты, с которой переда-
ется усилие на каждую анкерную
тягу
Эти тяги проектируют из
защищенных от коррозии
стальных полос толщиной
25-35 мм и шириной 200-250 мм. Напряжения в анкерной тяге
проверяют с учетом изгибающего момента, возникающего от дей-
ствия ее собственного веса.
При расчете уголковой подпорной стены с контрфорсами счи-
тывают особенности работы ее элементов в связи с наличием контр-
форсов.
Отличительная особенность расчета лицевой плиты такой
подпорной стены — учет сил трения грунта о боковые поверхности
контрфорса, которые уменьшают активное давление грунта на
плиту (рис. 5.12, а). Для учета этих сил, уже не передающихся
на лицевую плиту, из суммарной эпюры активного давления вы-
читают треугольную эпюру с вершиной у поверхности земли
и с основанием, равным от 20 до 30% от нижней ординаты сум-
марной эпюры в зависимости от расстояния между контрфор-
сами, принимаемого равным соответственно 4 или
3 м.
На изгиб лицевую плиту рассчитывают в горизонтальном на-
правлении. При этом, если контрфорс расположен по середине
блока, лицевую плиту рассчитывают как консольную пролетом,
равным половине ширины I всей панели (рис. 5.12, б). При двух
контрфорсах, расположенных симметрично на расстоянии 2.2
2,4 м один от другого, пл игу рассчитывают как балку на двух
опорах с консолями (рис. 5.12, в). В обоих случаях определяют
внутренние усилия в опасных сечениях от действия равномерно
распределенной нагрузки с/, взятой из суммарной эпюры давлении
и действующей на полосу высотой 1м. ж
Контрфорс рассчитывают как консольную балку^ вью тон >
защемленную (жестко заделанную) в фундаментной плите (рис.
5 12 г) Нагрузку на контрфорс собирают с лицевой плиты, исходя
из суммарной эпюры давлений, но уже без уменьшения ее орди-
пат из-за сил трения, так они передаются на контрфорс. Контр-
форс рассчитывают по опасным горизонтальным сечениям / /.
//—// и in___[][, т> е. по местам соединения контрфорса с фуч..лз-
9Г
4—63
которых изменяются его сечения (см
- птнтой П местам, в кот р
ментнои влито ппоеделении изгибающих момец.
рНСрасчет контрфорса состоит „одбирается арМа.
тов, поперечных и продо рассчитывают по той
Мыльную часть ФУ%^«’НД служит собственный вес, вес
1 Ы VQK и лицевую. Нагрузки * j реактивное давление
же «ПКИ с пригрузкой, направленны в ^те из плиты выделяют
основания, направленное ^ными ^активными давлениями,
полосы ширинок ‘ „повесить размеры подпорной стены
- I тоебуется подобрать и при у. х данных высота насыпи
Пр" ₽„™<Ьиля (рис. 5.13, а), исх?д2-1 я « удельный вес засыпки (мелкий
аложения цодошвы «. У^ния засыпкй <р1=ЗГ
v.=vn=18 кН/м3, углы вЛияРя₽тся Интенсивность нормативной на-
сцепление в грунте не учитыв сопротив
тение грунта основания
^на^оверхн^ости^засышеи ^^=120^+ат’пррня (5еТоНа о rDVHT f=n4 „„
' да внутреннего трения засыпки Чи-31 „
=vn=18 не учитывается. Интенсивность нормативной на-
сцепление в грунте “е > = 20 кПа сопротивление грунта основания
грузни на "°“Px"°Zya^na коэффициент трения бетона о грунт f=0,4, мо-
дуль° деформации г^та основания’£=1,8-10* кПа, коэффициент Пуассона
ц=0,3. V = 25 кН/м3 и средней толщине плит
При удельном весе жел ^ьнЫй собственный вес элементов
0,6 м нормативным вертикальным
конструкции на 1 м стены:
(7<«) = 25 0,6-9,8 = 147 кН; С?2 = 25-0,6-3,7 = 55,5 кН»
GOO = 25-0,6-1,5 = 22,5 кН.
Общий вес подпорной стены
Gc = 147+55,6+22,5 = 225 кН.
Рис. 5.11. Расчетные схемы
элементов сборной подпорной
стены:
ZZ —
гы;
Рис. 5.12. Схемы
порной стены с
оттяжки; б — лицевой пли-
fl — фундаментной плиты
к расчету под-
контрфорсами
98
Рис. 5 13 Схема к расчету подпорной стены (пример 5.1):
а — действующие нагрузки; б — эпюра реакций основания при отсутствии отрьгэл ?т *
го фундаментной плиты; в — то же, при отрыве
Вес грунта на задней и передней фундаментных плитах.
к G -- 18 3 8-9 2 = 629,28 кН; G- = 18*1.5-1,2 = 32,4 кН.
4 ,
Полный вес грунта, передающийся на подпорную стену G =62S.28-F
f_<^2 ।_661 68 кН
Определяем активное давление грунта засыпки на усломую
вертикальную плоскость в предположении, что она есть. плоскость
по отношению к плоскости скольжения и что касатель..ы_ усн....ч из ней
отсутствуют. Поэтому коэффициенты активного давления будут п,и
ст.,ИИС трения грунта о стену 6 = 0 в предположении, что стена вертшиыи
а Для расчета по первой группе предельных состояний
?.а| = tg2 (15° - 0,5-т-| ) = tg2 (45° - 15°ЗО') = 0.32
4*
По второй группе предельных состоянии
>ап rg2 05° - 0.5?п) = tg2 (45е - 16-30') =0,295.
При коэффициенте Пуассона р==0,3 коэффициент давления груНТа
состоянии покоя
Хо 1= и:(1 — и) «= 0,3:(1 — 0,3) =0,429.
Расчетные нагрузки от горизонтального активного давлен^
грунта на условную заднюю грань стены:
1) для расчета по предельным состояниям первой группы давление
подошвы стены
=-'ХаГ (^ + Л,) = 180,32 (8 + 1,8) = 56,448 кПа;
равнодействующая давлений
Q7f +й2).-2 = 56,448 (8+1,8):2 = 276,595 кН на 1 м стены;
2) для расчета по предельным состояниям второй группы, соответственно
?7п “ Ли + Л2) = 18 0,295 (8+1,8) = 52,038 кПа;
<\гг = ?тп (Л! + \):2 = 52,038 (8+1,8):2 = 254,986 кН на 1 м стены.
V Расчетные нагрузки от горизонтального пассивного давчешш
грунта на переднюю грань фундаментной плиты учитываем с коэффициент™
условии работы /п=0,7 и с коэффициентами пассивного давления: М
, ?пг ~ tg2 (45°+ 0,5?j ) = tg2 (45°-г0,5 31 °) = 3,124;
Апн = lgz (45°+0,5?к) = tg2 (45°+0,5:33°) = 3,392;
1) для расчета по предельным состояниям первой группы:
^п, «/и7).п1 Л., = 0,7-18 3,124-1,8 = 70,852 кПа;
Qni = М =“ 70,852-1,8:2 = 63,767 кН;
2) для расчета по предельным состояниям второй группы:
?пп ₽ т7Хп11 в0.6-18-3,392-1,8 = 76,931 кПа;
QniI “ ?п11 Л2:2 " 7б’931 ‘18:2 == 69,238 кН-
Интенсивность и равнодействующая нормативного давления от времен-
ной нагрузки р'п>=20 кПа, Р<а) = 20-3,9=78 кН:
9р?“Р(И) >ai- 20 0,32 = 6,4 кПа;
(Ai + Л2) = 6.4 (8+1.8) = 62,72 кН.
Расчетные нагрузки от горизонтального давления грунта в состоянии
покоя:
на условную заднюю грань стены
9то “ 7>-0 (А! + а2) - 18 0,429 (8+1,8) =75,676 кПа;
Q-,0 ” ?,о (Ai + А,):2 - 75,676-9,8:2 = 370,81 кН;
на переднюю грань фундамента
^о“7'о а2= 18 0,429 1,8- 13,90 кПа;
100
Q-(O ~ 7,о Л/2-13/Х) 1,8:2- 12,5]
Расчетные
покоя
нормативные
нагрузки от временной
кН.
нагруби
я СОСТОЯНИЯ
Чр° г''’'о“20 0,429 ^8 Кц3>
+’ “ 9₽"’ (\ + Л2) = 8,58 9,8 = 84.081 кН
Все нагрузки и необходимые для пятша»
иа рис. 5.13. Л е Для Лютейшего расчета размеры локазааы
Устойчивость подпорной стены против пл ос к о г о ст»», -
ности основания проверяем по Лоомупр zr о\ ~ ° сдвига по г,
нагрузок для предельных состояний первой грллп?'Х0ДЯ И3 р2счетных ' 1
Вертикальная сила на 1 м стены, создающая удерживающее трение
лтах = 225 0,94-661,68 -78-1,2 =957,78 -Н.
= G‘",nmln +
Сдвигающая сила
7
^сдв " Qp ^тах — 276,595+62,72 1 2 = 351,859 кН.
С учетом пассивного давления Qni = 63,767 кН получаем расчетный
эффициент надежности
% == (-V, / + (?„,):ТСДВ =
= (957,78 0,4+63,767) :351,859 = 1,27 > 1,2.
Полученное значение кв немного больше минимального значения для со-
оружения II класса капитальности.
Устойчивость подпорной стены против опрокидывания провесяеч
с учетом деформации основания. Для этого находим высоту, на которой рас-
положен центр тяжести подпорной стены вместе с весом грунта и времен а-.й
нагрузкой по отношению к поверхности основания. Эта высота
2о = (147-0,9-4,356 г-55,5 0,9 0,3+22,5 0,9 0,3+
+629,-28-5,158+32,4 1,2+78-1,2 10,356):957,78 = 5,065 м.
Смещение оси вращения О подпорной стены от ее переднего нижнего
ребра к середине подошвы
4 = 0,5 V = 0,5 /12-957,78-5,065: (5-10*) = 0,526 м.
Расчетный момент удерживающих сил на 1 м стены относительно
,Иуд = 147 0,9 (1,9—0,526)+55.5 0.9 (3,944 -0,526) +
+22,5-0,9(0,833 -0,526)+629,28 (4,1-0,526)+32,4 (0,708-0,526)-
’ +78-1,2 (4,05-0,526)+63,767-0,6 = 2981,776 кН.
То же, опрокидывающих сил Мопр = 2/6,595-3,267-1-г2,/2- _-4.9 —
= 1272,43 кН.
Отсюда коэффициент надежности
Х„ - .МУД/Л1ОПР = 2981.776:1272,43 = 2.343 > 1.2.
Для проверки по методике, предложенной Н
лецким, найдем эксцентриситет е вертикаль титы-
ствующей всех сил относительно середины фунд
М == 147-0 9-1,1—55,5-0,9 0,744+22,5-0,9-2,367—629,-8-1,1+
с ’ 101
,32 4 2 4«2-7Я-1.2-1.05- 63.767 0.6+276,595-3.26/
4-62,72-1.2-4.9 = 680,722 кН-м;
V, 680,722:957.78 0,711 м.
Предельный эксцентриситет
₽ е =-6:2-0.526 = 2.474 м
пр
Коэффициент надежности
к —g е 2,474.0,711 = 3,48.
Проверяем общую у с то й ч и в ос т ь подпорной стены вместе с мае-
сивД гртта против глубинного сдвига. При этом после ряда повтори,„х
испытаний найден центр О и радиус опасной круглоцплнндрцческои поверх-
носи скольжения г=13,5 м, а также расчетные значения и плечи сил (рис.
5 14). Для собственного веса стены берем максимальное значение, которое
вместе с весом грунта на передней и задней плитах, а также с равнодейст-
вующей временной нагрузки на I метены составляет.
225Л,1+661,68+78-1.2=1002,78 кН.
Веса грунтовых призм:
G. = 937,89 кН; 63 = 291,6 кН; 64 = 247,7 кН;
G = G. + Go + G~ + G, — 2479,87 кН.
1 ~ О 4
Плечи этих сил относительно центра О:
х =4м; л, = 9,2 м; х_ = —3,4 м: х, = 0.
При этом нумерация сил будет уже другая, чем на рис. 5.13.
Момент всех сил относительно точки О:
Л* = 1002,78-44-937,89-9.2-291,6-3,4 - 12639,71 кН-м.
£.=0Расчетный К0ЭФФициент надежности по формуле (5.20) при
КН- Ifir, {(GrfM 2-1)1.2 = 0,601 ((2479,87-13,5)2 12639.71-2-1)'/2™] ,474,
т. е больше требуемого кн=1,2.
Расчет основания подпорной стены по мелппп,,,
противлениям выполняем на действие ноома-ивгЛ расчетным со-
веса и временной нагрмзки исходя ич Рма'ивных нагрузок от собственного
ветств>ющих второй группе предельных мстожшй х?.рактеРистик гРУита соот-
и краевых давлений на основание вычисляв 0ПРеДсле«»я среднего
ляем момент всех сил относительно
и краевых
Рис. 5.14. Схема к расчету подпорной
стены на устойчивость
102
середины подошвы фундаментной тит» ,
на основание: *ь»иты и в*фтиу эдьНр
Л1С= 147.1,1-55,5.0,71! 22,5.2 .%7
-78 1,05—69,238-0,5+254.*₽§ >,2в7. вл _
Nc^ 2254-661,68+78 %4/Л „Ц.
е - MC;NC = 579,123:064,68 0,6 м;
^ = 0,6:6,0 = 0,1< 1:6 = 0,167;
Рср = Ndb = 964,68:6 = 160,78 кПа < р « 250 кПа
/’тах = /’Ср О 4 &:Ь) = 160,78 (14-6-0,6:6) = 257,248 кПа < 1 2Р =
/’min = /’ср U — §е'.Ь} = 160,78 (1—6-0,6:0,6) = 67,512 кПа > 0.
Эпюру реактивного давления со
ной стены см. на рис. 5.13, б.
Средняя осадка исходя
лера
стороны основания на подошву подгср-
из местнодеформируемой модели В их-
scp=/’Cp/A:= 160,78:50000 = 0,0032 м = 0,32 см
Крен
6 = (Лпэх - 7,min): («*) = (257,248-67,512): 750000 6) =
= 6,325-10~4 <0,004.
Горизонтальное перемещение верха подпорной стены
А = е 4- Л2) = 6,325 10~4 (8—1,8) =0,0062 м = 0,62 см.
Эти величины меньше допустимых.
Для сравнения найдем крен исходя из рассмотрения основание з каче-
стве упругого полупространства с модулем деформации Е—1,8-10* кПа:
Ne (1 - и?)
ЕЬ3
954,68 0,6(1-0,32)
1,8-104-63
= 1,35 10—4 .
Результат получился значительно меньше предыдущего. Его нужно спа-
тать менее достоверным, чем предыдущий, так как для песчаных г;унт з
более подходит местнодеформируемая модель.
Железобетонную конструкцию подпорной стены на прочность прове-
ряем, принимая давление грунта в состоянии покоя при больших зна е- - х
собственного веса стены и временной нагрузки соответственно 1.1 и 12.
Для определения нагрузок на участки фундаментной плиты строим эпю-
ру реактивного давления на нее со стороны основания. Для этого определяем
момент относительно середины подошвы плиты и равнодействующую вертя-
кальных давлении на основание:
Мс = 147-1,1-1,1—55,5 1,1-0,744+22,5 1,1 2,367-629,28 1,1+
+3,4-2,492—78-1,2-1,05-12,51-0,6+370,81-3,267+
+84,084-1,2-4,9= 1179,628 кН-м.
Д' =225-1,1+661,68+ 78-1,2= 1002,78 кН.
103
Эксцентриситет силы Л, *
cb 4П'Лг' 1179,628:1002,/ь = 1.1'6 и-
Относительный эксцентриситет
= 1.176:6-0.196 <0.2 м.
т ^М-1 м то реактивное давление со стороны основания дей.
ствует только ,ш часТь'б, ширины подошвы подпорной стены
Л, =3 (0,5» - е) = 3(0,5-6—1.176) = 5,472 м.
Среднее и наибольшее краевые давления на основание
р _ Лс bt = 1002.78:5,472 = 183,257 кПа;
„ = 2/> = 2-183,257 366,514 кПа.
Лпах ^ср
Эпюру реактивного давления со стороны основания на фундаментную
плиту для этого расчетного случая см. на рис. о. 13, в. Расчетный изгибаю-
щий момент у основания лицевой плг ы
№ = 69,498 92:6+8,58-92:2= 1284.418 кН-м.
То же, у тыльной части фундаментной плиты:
Л/2-=-55,5-1,1-1,644-629,28-2- 78-1,2-1,95+
4-212,46-3,1722:6 = -1195.165 кН-м.
То же, у основания передней части фундаментной плиты’
Л13 = 22,5 1,1 -0,6674-32,4-0,792-266,014-1,52:2—
- (366,514-266,044) 1,52:3 = -332,457 кН-м.
Сумма моментов, действующих на узел сопряжения трех плит:
Vjf- Afj 4. Af3 = 1284,418—1195,165—332,457 =
= —243,201 кН м=#0.
Эти моменты не вполне уравновешивают друг друга, так как они най-
дены не для теоретической точки узла сопряжения плит в линейной расчет-
ной схеме, а для сечений по граням плит.
Сечения арматуры в лицевой плите подбираем, исходя из ее ра-
боты на вненеитренное сжатие, по изгибающему моменту /И] и продольной
силе Л| = 1,1-0,6-9*25== 148,5 кН. В тыльной и передней частях фундамент-
ной плиты арматуру подбираем по изгибающим моментам соответственно М2
стояшРРИ,Ат'ап™Тп0ЛШИгУ аашитного с-10я бетона равной 30 мм. Тогда рас-
=428 mJ Центра рабочей арматуры диаметром 25 мм будет а=30+12.5=
=0,7575 и.’ 3 раб0'1ая вис°та сечения плиты Л„=800—42,5=757,5 мм=
четнымKcotoothBTJJU’“ лицевой пли™ берем стержни класса А-1П с рас-
М-300 раХ„Т с™п^,РЛСТЯЖе,,'1Ю Л*=3-4-1(>'- кПа. Для бетона марки
11 стержней диам^? 98 * При сжат,ш Ллр-1.35-104 кПа. Принимаем
=5,4-10-3 м2 и ^nonenwp..4 С площадью поперечного сечения А. —54 см2=
=1284,418 кН-M СО сжатием nnJX°4,10lJb ПЛИТ“ "а изгиб моментом Af, «=
пД со сжат»ем предельной силой М| = 14Я^
Для этого определяем высоту сжатой “оны бетона ’ ’
г -ЗЛ Ю^ б ^. |0~3 д_ 143 5
ЯпрЬ Гдк.in4 1 0,147 м.
1,35-IO4
104
Проверяем расчетное пер.веиияп
Р епс.но „о npejtiw(rt rv.(M4 ._
1 или
1284,418 кН-м< 1,35 HP. i o 147 ,0 7-7- п .
(), 7. j7.j 0, ) () J 47 f ~ j е (
Для тыльной части фундамент.^-
диаметром по 25 мм с Ла=54 см°И прииимз^ тоже И
моментом Л12= 11^5,165 кН-м- проверяем на прочность при
Г = 3,4 10s 5,4 10“3
'^^м~=ол%,,;
1195,165 кН м< 1,35 10* 1 0,136(0,7575-0,5 0,136) = 1265.722,«Н
метром по 12Дмм с при й'=™-"?6 ™76Т 12 стержи*;'
прочность при изгибе моментом М,=332,457 кН-м- ~?Ь’4 СМ И про8*₽яем “
„ 3,41051,357-10-3
-------1?35-104 1,0 “°'®’”'
332,457 кН-м < 1,35- Ю« 1 -0,03418 (0,764—0,5 0,03418) = 344,647 кН- <
Следовательно сечение арматуры достаточное.
I
5 8 ОСОБЕННОСТЬ РАСЧЕТА ПОРТАЛОВ И РАМП
Порталы, имеющие своим основным назначением — обеспе-
чить устойчивость лобового и боковых откосов входной выемки
тоннеля, работают как подпорные стены, подверженные дав-
лению грунта, поверхность которого в большинстве случаев пред-
ставляет собой откос, падающий по направлению к порталу. По-
этому давление грунта на него может быть значительно большим,
чем при горизонтальной поверхности грунта.
Рампы тоннелей мелкого заложения и других транспорт-ых
сооружений из монолитного железобетона рассчитывают как т-
крытые сверху и лежащие на деформируемом основании, П-о
разные рампы, стены которых нагружены боковым активным
давлением грунта (рис. 5.15, а).
Рис. 5.15. Схемы действующих нагрузок на рампу
Стены рамп
заще ми-
новании, на которую
„ усилия Ah, Яв’‘Лпазиую высоту, то для расчета выделяют „е.’
длине J uarnVWH И УСИЛИЯ ОППоп,,..
f „г, пяссчитывают независимо от днища ,
ени обЫляи И а днище — как балку на сплошном ОсК
ленные в него банкнагруз °т транспортных средств
Р стен (рис. 5.15, б). ТакДакДтены рампы
И‘!еЮ1пПхяп^Д;еоныхР7частков и все нагрузки и усилия определи
сколько характернь. у в каЖдом участке по длине рампы
Ю? Пэн наличии р а с п о р о к и л и а н к е р о в у верха стены (см
пи 515а) её рассчитывают как балку, жестко заделанную ни*.
ки или удерживаемую анкерами (см. рис. 5.10, о, правый).
Усилия в распорках или анкерах
S = Xp, (5.35)
где р _ нагрузка, приходящаяся на 1 м длины стены или поясов на уровне
распорок или анкеров;
/р— расстояние между распорками (анкерами).
Распорки рассчитывают как центрально сжатые силон S стер-
жни с учетом продольного изгиба. Растягивающие усилия в нак-
лонных анкерах
(5.36)
Л’ = S /cos а,
где а — угол наклона анкерной тяги к горизонту.
При наличии продольных поясов (обвязки) их рассчитывают
на изгиб как балки, на которые действует равномерно распреде-
ленная по их длине нагрузка р и сосредоточенные реакции в виде
усилий в распорках или анкерах.
При расчете днища, его основание в зависимости от вида
грунта рассматривают в качестве той или другой расчетной мо-
дели — местнодеформируемой среды Винклера, упругого полу-
пространства (однородного или неоднородного) или упругого слоя
на жестком подстилающем слое. В качестве нагрузок рассматри-
вают собственный вес днища и транспортные нагрузки, действую-
щие на нею сверху, а также противодавление грунтовой воды
(при ее наличии) и усилия Мъ, QB и NB, передающиеся от стен.
1 а счет рампы сводится к построению эпюр М, О и М
nvkHuL°^UM под г'Раю7 или проверяют характерные сечения конст-
cS pt? ^очность- а в необходимых случаях - н на трещипо-
гоунтях nnr,ffMe Т010, рампы’ наХ0ЛЯЩиеся в насыщенных водой
Р>БочееР тпРиЯиЮ7"а Устоичивость против всплытия.
ьолее точной расчетной схемой
рама с распорками (анкерами) о..Г1
л с™ую работу днища и стен в условиях
ют с деформируемым основанием
стены испытывают основное давление г----
ление покоя — и дополнитрткимо 1J
и навалом стен на грунт ’ свизанное с осадкой сооружения
рампы служит П-образная
или без них, учитывающая сов-
, когда они контактиру-
того или другого вида. При этом
22 грунта — активное или дав-
йава
СТЕНЫ В ГРУНТЕ
И. “ОТИВОФИ71ЫРЛЦИОННЫЕ
АЛВЕСЫ
-1. КОНСТРУКЦИЯ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Стена в грунте или траншейная стена — это полностью ?лн
частично заглубленная в грунт вертикальная стена из мн- -
го или сборного железобетона, устраиваемая в узкой гл ' -
кои траншее и служащая вертикальным ограждением котл -
на или частью конструкции тоннеля (рис. 6.1), подземного гаража
или другого сооружения.
Первоначально стены в грунте возводили из буронабивных
сваи, вплотную прилегающих друг к другу по всей длине, затем,
используя опыт свайных стен, начали устраивать железобетон* ые
монолитные стены в грунте в узких траншеях под защитой глинис-
того раствора и, наконец, стены из сборных панелей, опус; темых
в траншеи и заполненных глиноцементным раствором. Мон лат-
ные стены возводят глубиной более 30 м, а сборные — не пре-
вышают 12 м ввиду ограничения размерами и массой их элемен-
тов.
Вместо опускных колодцев и свай большого диаметра стены з
грунте можно использовать в качестве фундаментов
глубокого заложения в случае залегания прочных грунтов на ; :ь-
шой глубине и значительных нагрузок. Такие стены при нсполъзо
вании современных технологических процессов и механизмов да от
большую экономию труда, материалов и электроэнергии, тл ча-
ются безопасностью производства работ и приносят наименьший
ущерб окружающей среде. Они получили большое распростране-
ние в Западной Европе в связи с необходимостью сохранения па-
мятников старины и максимальной экономии гер ито ни хля с
площадки.
Противофпльтрациоиные завесы применяют _я для пре
Лен н я фильтрации воды в котлованы или под гядротехнн
ческимп сооружениями путем устройства узкой траншей дох*. 1у
щей до водонепроницаемого слоя и заполнения ее водонепрони-
цаемым материалом.
В отличие от жестких
те завесы устраивают из
бетонных и железобетонных стен в грун-
малопрочных пластичных материал * с
1G7
л 7
ри 61 Автомобильный тоннель в ПаР“*е’ построенный с применением стен
к ч - мет МЯГКИЙ- з — мел выветрелый. трещиноватый; 4 — м₽л
' “„Хагай 5стены в Фунте железобетонные сборные; 6 - то же, бетонные
трещиноватый, нолитные
сопротивлением сжатию порядка 1000 кПа, модулем упругости от
20000 до 50 000 кПа и малым коэффициентом фильтрации около
1,10 8 м, с. Материал завесы не рассчитан на сопротивление боль-
шим нагрузкам, но должен быть устойчив против образования
трещин, которые приводят к потере водонепроницаемости завесы.
Траншеи для стен в грунте и противофильтрационных завес уст-
раивают без крепления их стенок под зашитой глинистого
раствора, который оказывает гидростатическое давление на
грунт изнутри траншеи, не допускает его обрушения, препятствует
просачиванию в траншею грунтовых вод, кольматирует окру-
жающий грунт. При этом резко снижается водопроницаемость
грунта, а так/ке и стен в грунте из монолитного бетона
[61,62].
Монолитные стены в грунте. Наиболее распространены моно-
литные железобетонные стены толщиной от 0,4 до 1,0 м, прочность
которых достаточна для нагрузок от бокового давления грунта в
одноярусных сооружениях, глубиной до 8,0 м и многоярусных с
этажами высотой до 5,0 м.
16 Г пластичная бетонная смесь с осадкой конуса
гравия иИМгТЬ МаРку бетона не выше М-300, крупность
ное. Я Не ^олее $0 мм> время схватывания максималь-
угольные’каркасы Р кмЧеС’К0Г0 пР°филя образует прямо-
стены и шириной 4 ь / Равиоя высоте армированной части
хватки траншеи- паестпа? С00твстствУюЩей ширине рабочей за-
170—200 мм. Монтажhvh?In междУ стержнями рабочей арматуры
жней периодического пппЖи^МаТ^Ру В сжатой зоне ставят из стер-
108 КОГО профиля диаметром 20-35 мм с расстояния-
оме того, яме-
поперечяых стенок и
ми между ними 200—250 мм- к
50—70 мм. Каркас должен облала ? d ,au‘MT""r'' слоя бетона
учетом транспортирования и поит» й. ла’10'* - о тни,
сматривают места для бетонолигиыЛДТра‘""е‘:- В
ции В траншее. В верхней части ппипЛУ" И сг5ачки ;ля
„и, которыми каркас опирается на фХаТу
Ются закладные детали для присоединения
днища.
В процессе бетонирования стен r rnvu™
^РОниТ™еют%ХИчКНыеЬНкое
мощью заранее УстановленныхС?руКб^ИИбуронаб^^Исад11 С«ай
двутаврового сечения или стальных листов, привариваемых' к
касу (рис. 6.2) При глубине траншеи до 15 м использлот п-. . -
конструкции (см. гл. 9). - и
Сборные стены в грунте. Такие стены состоят из элеме-оз
изготовляемых на заводах железобетонных изделий и доставляв-
мых на стройку в готовом виде с надежными стыковыми
соединениями, при необходимости и с декоративной отдел?? й.
Применяют их главным образом в неглубоких сооружениях (7—
10 м) или в качестве верхних ярусов смешанных конструкций стен
в грунте, когда нижняя часть выполняется из монолитного желе-
зобетона.
Размеры плит для сборных железобетонных стен ограни да-
ются их массой, которая обычно не превышает 30 т ввиду тех-
нологических трудностей изготовления и необходимости примене-
ния кранов большой грузоподъемности. Сборные стены могут
иметь толщину 30—40 см, т. е. значительно меньше монолитных,
и с их использованием отпадает нужда в организации бетонных
работ на стройплощадке.
Смешанные конструкции с монолитной нижней частью приме-
няют там, где она используется для преграждения прито-
ка грунтовых вод в сооружение или в качестве фундамента глу-
бокого заложения, работающего на сжатие под нагрузкой от верх-
ней сборной железобетонной части стены.
Рис. 6.2. Герметичный
стык арматурных карка-
сов (в плане) двух смеж-
ных захваток-участков
(№ 1 и № 2) монолит-
ной стены в грунте кон-
струкции ВНИИГС
I — рабочая арматура:
2 — распределительная или
монтажная арматура, ра-
ботающая как анкерные тя-
ги; 3 — уголки; 4 — швел-
лер; 5 — связи из прутко-
вой арматуры между угол-
ками; 6 — монтажная ар-
матура сжатой зоны; 7 —
стальной лист-ограннчитель
захватки Л5 1
Рис 6 3 Сборные стены в грунте из плоских железобетонных панелей (Фран-
* ' ' ция):
а — со шпунтовыми соединениями; б — с тавровыми железобетонными С1Ойками (без
шпунтаП / - панель; 2 - обделка форшахты; 3 - направление наклонных тяжей ан- i
керов 4 - плоскость два будущего котлована; 5 - дно траншеи; 6 - начало захватки;
/-’тяжи анкеров, 8 - глиноцементный раствор; 9 - пространство со стороны буду-
щей выемки; 10 — плоскость планировки за пределами котлована, 11 /ке..'зо ет.чпая
стойка таврового сечения; 12 — остающийся раствор; 13 — раствор, удаляемый гри
выемке грунта
Стену из стоек и панелей (рис. 6.3) применяют, когда
к ней приложена большая вертикальная нагрузка. Ее восприни-
мают железобетонные стойки таврового сечения, опирающиеся на
прочный грунт, лежащий ниже дна котлована. Между стойками
jстанавливают плоскир -л-т <
горизонтальную нагрузку от работающие на
ровым стойкам, устойчивость^™-3 И В0ДЫ и пеРеДающие ее тав-
или анкерами. ' которых обеспечивают распорками
илТных И ~ П12ИмЛеИхИТа^цТ0Л1ЦИНу °’2~0-5 м> ШИРИНУ
' Пппти'1а!УУЗОК и п°Дкрепляют ИТЫВают на Действие верти-
в вад07яД0фИЛЬТрационные завесы пРКЭМИ или анкерами.
И обе~и енных гРУИтах, бооьбГ'г ?РИ РазРабо™е котлованов
очень бо'Т6 УСТОЙЧИВ°сти оТКОГпСв ПОСТУплением грунтовых вод
"реграЖден^”х затРат труда, материалов6*1»К М°Гут потРебовпат1’
фильтрациони!! ИЛЬТРации воды R Pun лов “ электроэнергии. Для
щей до водонепп 3аВесы путем У ст во йЛ°ВаН пРнменяют противо-
емым ма?еоВВВР°НИ,Цаемого слоя Л? С т в а траншеи, доходя-
железобетонных М РИС’ 6-4)- В 'отлииП°ЛНеНИЯ ее водонепроиица-
Устраивают из мяСТ6Н в гРУнте поот^ лТ жестких бетонных и
110 ал°прочных, пластиииИВОфш1ьтРацио1шь,е завесы
*ичных материалов с сопротив-
пением сжатию порядка 1000 кт1я
до 50000 кПа и коэффИЦИе1|т".м
Конструкцию завесы не рассчитанfи? ° 1 ‘
ШИМ вертикальным или
быть достаточно устойчивой против образования тр^ин XX
могут появиться в результате небольших смещений и У
жающего массива грунта в процессе разработки котлована Такй-
смешения достигают нескольких миллиметров и для жестки/ и а
териалов завесы представляют большую опасность, та-: ка-
щины приводят к потере водонепроницаемости экрана [46]-
В зависимости от местных условий антифильтранис шые .з-
весы строят двух типов — широкие и узкие.
Широкие требуют устройства траншеи шириной 0,5
глубиной до 60 м в зависимости от местных
вий с последующим заполнением
лом.
—0.6 и и
геологических усло-
ее водонепроницаемы'.' материа-
устройства завес. Пэ одио-
Существуют два способа у стройст в а завес. По одно-
му из них сначала разрабатывают грунт под защитой гли и
раствора, „а затем на дно траншеи подают более тяжелый глино-
цементный раствор, который вытесняет из траншеи глиии ты
раствор, а затем схватывается и набирает прочность. По др-.гом’
сп.-собу траншею роют сразу под глиноцементным раствэт м.
В этом случае раствор должен иметь большой период схватывания
и медленно набирать прочность
Узкие завесы устраивают пу-
тем нагнетания глиноцементного
(рис. 6.5).
1 ?
раствора в узкие щелевидные
траншеи, которые создают в
грунте с помощью забивки или
вибропогружения с последую-
щим извлечением вертикальных
стальных свай двутаврового се-
чения. Толщина завесы состав-
ляет 7—10 см, что дает большую
экономию раствора. В зависи-
мости от способа погружения
глубина свай 15—25 м.
Качество завес при устрой-
стве широких траншей опреде-
ляет тщательность их очистки
от продуктов разрушения грунта.
Как для толстостенных, так и
Для тонкостенных завес имеет
большое значение правиль-
ный подбор состава раство-
ров.
Глинистые растворы. Приме-
няемые для обеспечения устой-
чивости стенок траншей раство-
т Г \ * Л- Г-~
~т лт 1Ч ~ тт ТРО
TZ7T-I- Г- О. о Г^ЕЗ
Рис. 6.4. Схема противофильтрадл-
онных завес вдоль откосов 6:-л= ло-
го открытого котлована:
1 — траншея заполненная вот7ве-~<сп-
цае.мым глиноцементным раствором; 2 —
котлован; 3 — водопроницаемый ~-'з~
4 — водонепроницаемый груат
Рис. 6.5. Нарастание прочности при
сжатии Rc глиноцементного раство-
ра с течением времени Т (по дан-
ным фирмы Солетзнш. Фрлнцчч):
Л — схватывание раствора; В — предел**
для механической обработки раствора
ш
вания.
Основные х
ход глины на 1 м
3) относительная 1
ция глины в г _
вискозиметру СПВ-5.
Длй суспензии с минеральными частицам
ры представляю1 собой J к0Л.1011Дцые растворы с частиц^*
крупностью более 0^ мкм* прпготовляют путем интенсивного
крупностью Ю 02 . • в спецпальных мешалках. Встречают®’
ремешиванпя глин с вод; растворы нужного качества Z*
природные глины °бР^аВ0К> п0 они, как правило, дефНЦйТ1*
введения каких-либо Д устные глины с химическими
^применением более интенсивных методов переМеЦ11'
а пактер истики глинистого раствора: 1) р
,Р раствора; 2) содержание песка в раствОре.
ная вязкость; 4) водоотдача. Нормальная концентра,
растворе дает относительную вязкость 25 с± 1 с По
"доотдача -‘это количество воды отфильтровавшейся через
квупый бумажный фильтр диаметром 75 см за 10 мин при пере.
паде давления 0,1 МПа и комнатной температуре. Качество глин
тем выше, чем меньше водоотдача при одинаковом расходе глины
на 1 м3 раствора.
Для приготовления растворов применяют монтмориллонитовые,
иллитовые и каолинитовые глины, а также пластичные местные
жирные глины с химическими добавками. В порядке убывающей
эффективности их можно расположить так: 1) бентониты с
содержанием монтмориллонита и бейделита больше 75%; 2) па-
лыгорскиты с содержанием палыгорскита больше 75%; 3) гидро-
слюды, в которых иллиты преобладают над каолинитами; 4) каб-
линиты, состоящие в основном из каолинита и каолизинизирован-
ных гидрослюд.
В нашей стране бентонитовые глины добывают в Грузии, Азер-
байджане, Армении, Узбекистане и на Украине. Для промышлен-
ного применения изготавливают глинопорошки, на которые име-
ются технические условия, содержащие нормативы показателей
свойств порошков и приготовленных из них глинистых растворов,
-ruv ажнеишие технологические свойства таких глинис-
собяосТДпИ?пЛЛаСТИЧНОСТЬ’ набУхаем°сть, гидрофильность и спо-
V монтмопитп^ИР В В0Де* Наиболее ярко они проявляются
решетки этогс м™’ благодаРя особым свойствам кристаллической
жить бентонитовМИНераЛа‘ JHnH4HbIM представителем может слу-
Дают в^™^В0?ыНвЫеЙИ-С0ДеРЖаНИИ 6~8% П0 Ма“е ГЛИНЫ
отстоим водыР КОТООЫР van 0И ВЯЗК0сти и стабильности к низким
расслаиваться в состояв* юкояУЮТ Способность Раств0Ра не
естественную влажност^пп ГЕиготовления раствора должны иметь
не более 60 % • песчяныу Q И влажность на пределе текучести
более 10%, в том числе'чяДТИЦ меньше 0,05 мм должно быть не
глинистых частиц меньше ОЛпч Меньше мм — не более 4%, а
грУбодисперсные гчины Не ^олее 50% по массе. Обы1п
I49L ’ тРебуют предварительной обработки
112
Чаше других испоц, 1VIOT(... „
дозах 0,25 2% oi массы тв,,, и,й'л’"И"И(ю 1;”,Мги ' ' > я
приготовления растворов из глии кг/Л4""™ 0,3 д.,
МОСТЬ минеральных частиц vpmi«iU- си Ш.шзо-
водоотдачу глинистых раствооон А., лиспсРгании>
ское напряжение сдвига. Р°в’увели',ивает вязкость и -тати.е-
Фтористый натрий NaF в дозах 0 2-0 '5*
жает водоотдачу раствора Гекгямп-ОжЛ ’ ~ 'ФФ^тиаи-, яи-
представляет собой наиболее эффекир^ыГ "аТ "
гент, применяемый в дозах 0 05—0 Р 1исп'’Рги?.-
в “I”*»-"
*«-«• к „„„„„ sxsrxx ! ;
чительно повышает качество раствора. “ав“--"-
подбирают только на основании лабораторных испытаю й - г
нико-экономического сравнения разных вариантов ' '
Качество глинистого раствора оценивают в лаборатории. --
ределяя плотность ареометром, водоотдачу прибором В М-6. эя>
А или цилиндром НИИОСП,
суточный отстой мерным цилиндром емкостью 100 см . стзсиль-
ность стабилометром ЦС-1 или ЦС-2. Содержание песка опое~ .'s-
ют в отстойнике ОМ-2, статическое напряжение сдвига прибором
СНС-2.
Для разработки траншей глинистые растворы должны
иметь:
Плотность, кг/мэ................................. 1050—1300
Вязкость по СПВ-5, с.............................. 18—30
Водоотдачу по В М-6 за 30 мин, см3............... 30
Суточный отстой, %............................... 4
Стабильность по стабилометру ЦС, г/см3.............. 0,2
Для определения пригодности местных глин в качестве крите-
рия служит бетонитовое число, которое служит показателе? су-
точной стабильности глинистой 4%-ной суспензии, приготовлен”: и
в 0,2%“Ном растворе окиси магния. Стабильность — это разность
плотности верхнего и нижнего слоев раствора, залт з специ-
альный цилиндр, а отстой — количество отстоявшейся - м
ВОДЫ. .. m
У местных глин должно быть: бентонитовое число не ve^t I А
число пластичности 20, содержание песка не более о•?, ссие^ла-
ние глинистых частиц мельче 0,005 мм до 50% по массе. Их при-
меняют чаще всего как добавку к бентонл.}.
Главное свойство глинистых растворов — их тиксотроп-
ность, т. е. способность загустевать в покое и разжшкат^с^ .?я
перемешивании. Тиксотропный раствор долж •'1J кч-“
взвешенном состоянии частицы разраоатываемого j
матировать его и образовывать на стенах _ in бес-
цаемую глинистую пленку. Не менее важн ПЛОТНО4Ь раствора,
печения устойчивости стенок траншеи
гз
Таблица 6 ।
Расход глины на 1 м готового глинистого РаствОра раствора, % по массе
10 МПГ 20 1 25 30 зт> 40
Влажность глины, Ч по массе Плотность ГЛИНЫ , г/см*
1,06 ] 1Д0 | 1,14 1.17 1,20 1,24 1,29
Воздушно-су хая 106 954 111 162 938 168 222 918 229 270 900 279 319 881 330 382 858 395 845 460 830 475
5 950 933 911 891 870 815
116 173 236 288 341 407 833 490
10 947 927 904 882 860 . 800
121 178 243 297 351 420 516
15 994 922 897 873 848 820 785
125 184 250 306 312 433 521
20 940 916 890 864 838 807 769
П р и м е ч а н и е.
в литрах.
В числителе показан расход глины в килограммах, в знаменателе - воды
Необходимое количество глины с учетом ее влажности можно при-
нимать по табл. 6.1 [33].
При пересечении траншеей неустойчивых или водоносных на-
порных грунтов применяют раствор с добавкой утяжелителя, ко-
торым служит барит, гематит, магнетит и колошниковая пыль.
Существенное значение имеют условная вязкость и предель-
ное статическое напряжение сдвига раствора — показатели его
реологических свойств.
Условная вязкость измеряется временем истечения раствора
из воронки с трубкой в секундах; от нее зависит подвижность и
способность раствора проникать в поры грунта.
Предельное статическое напряжение сдвига характеризует
прочность структуры раствора и его способность удерживать во
взвешенном состоянии частицы грунта и утяжелителя.
Диаметр частиц, удерживаемых в глинистом растворе,
d = 0,06'«ps : (-(2 - 7j); d =. 6р, : (7s - 7)),
где d — диаметр частиц грунта, см;
— коэффициент, зависящий от формы частиц и равный 2.0;
Ps — предельное статическое напряжение сдвига, Па;
— плотность глинистого раствора, г./см3;
у2 — плотность бентонита, г/см3;
— плотность частиц грунта, г/см3.
Водоотдача раствора не должна превышать 25 см3 за 30 мин.
на определяется в лаборатории. Чем больше коллоидных частиц
в растворе, тем меньше его водоотдача.
114
Для проходки траншей ппежло „ ,
мую плотность раствора, обУщ.'>прм( i«w- и»-/,» дд.
При ЭТОЙ ПЛОТНОСТИ ДОЛЖНИ Г,| У> "• ° '' г'"”и’> Г-'нои.
метры глинистого раствора: Лостигнути следующие вара-
Стабильность, г/см3 .
Отстой волы, ‘
Водоотдача за 30 мин, см 3.
Предельное статическое напряжение
Условная вязкость, с
сдвига, Па
2-4
19—25
<3
<3
<5—11.5
Содержание песка, %
Толщина глинистой пленки, мм
Водородный показатель, pH
На параметры растворов (табл. 6.2) можно воздейстз зэтъ
механической интенсивной диспергацией твердой фазы ультра-
звуковыми колебаниями с частотой порядка 19,5 кГц и дсбгви •
химических реагентов, применяемых при использовании местных
глин. Различают две группы таких реагентов: щелочные эле --
ролиты-пептизаторы, как например NaOH, NaPO3, \а2СО и
поверхностно-активные вещества, препятствующие агрегированию
минеральных частиц. Чаще других применяют кальцинирован? ю
соду ЫагСОз, едкий натр NaOH и жидкое стекло Na2O
n-SiO2 или КгОп-БЮг в качестве пептизаторов и так называ-
емые углещелочной (УЩР) и торфощелочной (ТШР.
агенты.
Взаимодействие раствора с грунтами и арматурой. Тико - : п-
ныи глинистый раствор проникает в поры грунта и образует на
стенах траншеи глинистую пленку толщиной 2—5 мм. Глинистые
частицы прочно удерживаются на минеральном скелете грунта,
а находящийся в порах жидкий раствор в состоянии покоя образу-
ет студенистый гель.
Толщина закольматированного слоя зависит от проницаем.ста
грунта и глубины траншеи и достигает в галечнике до 1,5 м. а
в песке более 8 см. После кольматации грунт становится практи-
чески водонепроницаемым.
При опускании арматурного каркаса
в траншею раствор обво-
лакивает стержни, на которых остается тонкая глинистая
Эта пленка может повлиять на сцепление арматуры с оегоном при
Таблица 6.2
Параметры глинистого раствора для разных грунтов
Показатель раствора Песок крупный Песок средней крупности Песок мелкий и пылеватый Супесь Суглинок 7
Водоотдача за 30 мин, см3 Предельное стати- ческое напряжение сдвига, Па <10 \\/ с» •—1 сл V /л (О г< to V /л СО р V /л О. 1 э и» и ю ri t * V/ /1
iTHblX CTCH MCTUAV^ —i 1 VU*<*K)-
сооружении монолитнь. 1ПП..непных в Италии и Франции
щейся ТР>6“‘ чкспериментов, выпо. 1ИНИСтой пленк»
Результаты экспер з образования^ и
П0Ка3л™Лется проскальзывания аРят[> >£нтонитовые слабокоагу.
ие наблюла н£обходимо при*’ ия „ Оказалось, что влияние
™₽«-
профилированная арматура «.
Кроме того, установлено, что Р имеет худшее сцепление с бе-
ле погружения в глинистый раствор д вязкости растВора сцепление
тоном, чем гладкая, и "Р1 - ’ прн растяжении составляет от
уменьшается. Потеря сцепления р н профилированной арма-
50 до 70% У гладкой и от /о до . .
тувы ,пчят\'0Ы с бетоном мало изме-
При изгибе ^^^^“‘значение для стен в грунте, у которых
работа на изгиб встРеча^ры’’в^состаТТпшоцементного раствора
Глиноцементные раствор . цемент и химические до-
входят вода, песок, бентонит- ПОРТ" 2-48 ч находиться в
бавки. Эти Ра;™Рп“ Де чего мед.зенно затвердевают [33].
Ж“Примерный состав глиноцементного раствора с плотностью
17—1,8 г/см3 (в вес. частях).
Песок крупнозернистый.......................................40
Портландцемент...............................................6
Бентонит.....................................................9
Вода........................................................45
Химические добавки.............................................до 2
Добавки служат для повышения стабильности раствора.
Прочность глиноцементного раствора в возрасте 7 сут зависит
от содержания в нем цемента:
Содержание цемента М-400, кг/м3 ..... 100 200 300 400 500
Прочность раствора, Па................. 1 3 4 10 20
В качестве пластифицирующей добавки применяют сульфитно-
спиртовую барду в количестве 0,15—0,25% по массе.
Прочность при сжатии увеличивается с возрастом раствора
и за период от 7 до 28 сут растет в 2—3 раза. При этом раствор
проходит сначала фазу схватывания, а затем набора прочности,
на протяжении которых выполняются разные технологические опе-
рации (см. рис. 6.5).
Взаимодействие тампонажного раствора с грунтом выражается
в кольматации на глубину нескольких сантиметров и образовании
бентонитной пленки в несколько миллиметров на поверхности
грунта и сборной стены. После затвердения раствор образует
надежный гидроизоляционный слой с задней стороны монолитной
116
стены- С лицевой стороны его легко м< , /'/.лить «М »м-
работке грунта между стенами. ь л?" Р’*-
устраивая сборные железобетонные стены и -,..;Тр л.,я . ,
метизации стыков между панелями глинистый раствор, ж.
щитои которого разрабатывался грунт, за леняю- на глиионемеит
нын. При подаче на дно траншеи, обладая большей плотностыои
он вытесняет глинистым раствор. После этого опускают же леи>-
бетонные панели, а через некоторое время раствор тв^-р
замоноличивает все швы [33, 41].
6.2. РАСЧЕТ СТЕН В ГРУНТЕ И ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫX ЗАВЕС
Стены в грунте применяют в кячрстра ттп^
экранов, шлицевых (щелевых) фундаментов'
конструкции. Для противофильтрационных завес не требуй/ -
бая механическая прочность, поэтому их можно изготавливА- -А
тощего оетона с добавлением глины с целью повышения L А
проницаемости. Стена-фундамент должна удовлетворять оАе де-
ленным требованиям (см. гл. 2). После того как грунт с одной
ее стороны будет вынут, она будет работать в условиях, б.’изАг
к условиям работы обычной подпорной стены (см. гл. 4),
Расчет стенок траншей на устойчивость. Поскольку трз:
для стен в грунте отрывают без крепления их вертикальных отко-
сов, необходимы специальные расчеты этих откосов на устойчи-
вость, которая обеспечивается давлением раствора (суспензии),
наполняющей траншею. Плотность этого раствора должна быть та*
кой, чтобы на любой глубине z (рис. 6.6, а) давление грунта с уче-
том взвешивания той его части, которая находится ниже уровня
грунтовой воды, и давления самой грунтовой воды было меньше
давления раствора. Это условие выражается неравенством:
Рис. 6.6 Схемы поперечно-
го сечения траншеи, на-
полненной раствором, и те-
ла обрушения при ограни-
ченной длине траншеи
(6-1 >
(6
У z Уаг ^вг^^рг
^Р11 ^аг (^бг * ^ог^ аг’
?вг = 7в (г“Лв);
?рг = 7р (г-Лр)-
Коэффициент активного бокового давления груцт
Апиа 2 ОТ СГО ПОВерХНОСТИ 9
2с
=• х
ал а
а
(6.5)
пон х ta2(45°-0,5f).
Здесь - нормативное да“е"“ "тинистого раствора;
„ _ ? ТО же, грунтовом воды и
^-коэффициент надежности вертикального давления грунта н.
^"г”ГотП^^^ с >ЧеТ0М взвешивающего действия грунтовой
„ ЛЬние вертикального давления на глубине от равномерно распреда.
Чог ленной нагрузки на поверхности грунта,
Л 'Хрхности грунта соответственно до уровня грунтовой
в’ р волы и глинистого раствора;
«, —удельный вес раствора,
с __ удельное сцепление грунта,
? _ угол внутреннего трения грунта.
Если минимальный уровень раствора в форшахте выше поверх-
ности’грунта то Лв прибавляют к значению г. При расчете по фор-
MVie (6 5) коэффициента бокового давления грунта нужно в фор-
мулу (6.1) для проверки устойчивости стенки траншеи вводить
коэффициент надежности
При ограничении длины L траншеи коэффициент активного
давления грунта будет меньше, чем дает формула (6.1), так как
в этом случае в той или иной степени проявится арочный эффект,
связанный с образованием горизонтального разрушающего свода.
Для учета этого явления принимают схематизированную форму
тела обрушения (см. рис. 6.6, б). Это тело ограничено вертикаль-
ной стенкой траншеи А А 'В'В, параболическим цилиндром с вер-
тикальными образующими. Образующие проходят через направ-
ляющую параболу АСА' и плоскость, наклоненную под углом 0
к горизонтали и проходящую через пря-
мую ВВ', расположенную на глубине
h от поверхности.
Таким образом, эта форма тела
обрушения характеризуется четырьмя
параметрами L, h, [ и О (см. рис. 6.6),
из которых неизвестны только f и 0. Не-
известное f находят из условий равнове-
сия параболического свода.
[ через пролет L, получим
f 5L/t% ср.
дей-
Рис. 6.7.
•ствующих
Схема сил,
на тело обру-
шения
Выражая
(6 6)
ляютТизКуСса10Тви«УГЛа ®’ Т° еГ0 0ПРеде'
пярогл « Условия получения максимума
ленияДСИппВпУ1гЩей активного дав-
Ш. Кулона А°бН0 Т0Му’ как в методе
118
Значения ко »ффи|,иснта углы ф внутреннего трения грунта 'а акт Г л б л я ЭННОГО «а 5 X
h’.L 25’ 30’ 35’ 40’ h.l. 25* чиут₽** • ЭО*
0 0,5 0,406 0,375 0,333 0,307 0,271 0,246 0,218 0,196 2 4 0,286 0,201 0,221 0,145 0 170 0,107 0,172 0.059
1 0,346 0,277 0,221 0,173 6 8 0,152 0,124 о. ня 0,087 0.077 0.005
Рассматривая силы, действующие на тело обрушения
и исходя из условий их равновесия, находят сиду О'
последовательных приближений. '
(рис. 6 7).
методом
Коэффициент активного давления >4 зависит - —
шения /г. L и для разных глубин он различный (табл. 6.3).
В пространственной задаче без учета сцепления на люб й
глубине z активное давление грунта
(6
Влияние пространственной расчетной схемы сказывается да.-е
при малых значениях отношения h: L. Так, уже при h=Q.3L коэф-
фициент Ха меньше на 10% в сравнении с тем, который сгответ-
ствует плоской задаче.
Расчет несущих стен в грунте. Несущие стены, устраиваемые
способом стена в грунте, и основания таких стен рассчитывают
по первой и второй группам предельных состояний с учетом взаи-
модействия стен с прилегающим грунтом. При этом стены рассчи-
тывают на устойчивость, прочность, перемещения, а в необходимых
случаях и на раскрытие трещин, а основания стен — на устойчи-
вость и по перемещениям.
Во избежание выпирания глинистого грунта у дна котлована
необходимо обеспечить глубину заделки
5,14q :7b (6S>
где hi — глубина котлована или подземного сооружения, м.
ст — расчетное значение удельного сцепления, кПа,
yi — расчетное значение удельного веса грунта, кН/м .
Основания прямолинейных в плане стен на Устоичнвостъ
но рассчитывать методом круглоцилиндрических тюве *
скольжения. При этом коэффициент надежности, равный отноше-
нию суммы моментов всех удерживающих сил
всех сдвигающих сил относительно центра в, ащ . -
не менее 1,2. ЛПкиых стен без распорок и анкеров-
При расчете к0»с^чь^
давление грунта (’nP«e™TV рассматривают как абсолютно
стены, защемленную в грунте, ь
I!1’
X HU-V ип vnDVTOM местнодеформируемом основании г>
жесткую балку на упр _ возрастающим линейно с r-IV- и,,к.
.лера с коэффициенте. • перемещениям сводится к пп0,,М
Расчет консольных стен п Р поворота верха гт П^°ВеР1п
глппчпмтл тьмого перемещения и угла поворот верха стены k
рые не должны превышать предельных (допустимых) 311а’ч^-
устанавливаемых в задании на проектирование сооружай,
' Стены с опорами и анкерами рассчитывают по первой Л*
предельных состояни1’|, т. е. на прочность при нагрузку д е
ствгющих в период строительства и эксплуатации.
"При определении усилий, возникающих в стене, нижнюю
часть, защемленную в грунте, рассматривают в качестве абе^
-лютно жесткой балки на упругом основании с коэффициентом п
стели, изменяющимся линейно по глубине. Верхнюю часть стен°
рассматривают как балку конечной жесткости, на податливы^
опорах. При предварительном натягивании анкеров стену рассм?
тривают как балку, опертую по всей высоте стены на упругое о-'
нование с коэффициентом постели, тоже возрастающим с глуби
вой по линейному закону.
Стену с двумя рядами опор рассчитывают исходя из рассмот
рения трех этапов строительства (рис. 6.8).
На этапе I котлован отрывают на глубину, которая необходим
для устройства опор или анкеров верхнего ряда. При этом стена
рассчитывается как консольная. На этапе II верхний ряд опор ус
тановлен, а поверхность дна котлована находится ниже уровня
расположения второго ряда опор. Здесь стенка рассматривается
в качестве балки, нижняя часть которой бесконечно жесткая
защемлена в^ упругом основании Винклера
считается конечной жесткости, опертой на
юпору. 1
•стены бесконечно жесткая, - -установлеНы- Заглубленная
Верхняя часть стены,
и
_rj с линейно возрастаю-
щим по глубине коэффициентом постели. Верхняя часть стены
ГЧШТО -----
податливую
верхнюю
полную глу-
[ часть
И ее основание — как и на этапе II.
имеющая конечную жесткость, считается
О nJ
О и. ?
Оп.1
Рис. 6.8.
стен в грунте с двумя
грунта выше дна котлована; 3 т0
••-----
усилий по этапам I—111 строительства
рядами опор:
г — эпюры давления воды; 2 — эпюры давления г“у _ дпд
же, ниже дна; Ол. / и Ол. 2 — первая и вторая опоры
120
опертой на две податливые оно-
ры. При этом учитывается д0.
полнитслыюе давление грунта
на тыловую часть стены, нахо-
дящуюся па глубине 1г с ее ли-
цевой стороны слоя грунта.
Для стен с анкерами, кроме
того, учитывают д о и о л и и-
тельное боковое давление
грунта на заднюю грань стены
от'натяжения анкеров.
Круговые в плане стены рас-
считываются на прочность по
первой группе предельных со-
Рис. 6.9. Нагрузки, действу хли и* э
круговую (в плане) стену
стоянии с учетом возможной неравномерности бокового давлении
грунта по окружности сооружения. Нормативное значение основ-
ного давления грунта определяется также для стен, прямолиней-
ных в плане. Вызываемое неоднородностью грунта в плане нор-
мативное дополнительное давление (рис. 6.9)
<7^ = 0,25/rH> sine,
(6.9>
где //^ — основное горизонтальное давление грунта, если оно меньше давления
возникающего при бетонировании стен, в противном случае в формулу
(6.9) вместо //) подставляется
0 — полярный угол.
При соотношениях толщины t стены к диаметру D ее средин-
ной поверхности, находящихся в пределах 1/60</ 1,10, стена
рассчитывается как пространственная система с учетом о..юра
грунта, числа шарниров по окружности и заделки в днище.
Стены подземных водопро-
водно-канализационных соору-
жений, имеющие вертикаль-
ную перегородку, распо-
ложенную в диаметральной
плоскости, кроме того, рассчи-
тываются на 'нагрузку^ от внут-
реннего давления воды, за-
полняющей одни из отсеков.
Нужно рассчитать
двумя горизон-
(рис. 6 10), если
С коэффициентом
Пример 6.1.
стену в грунте с
гальными опорами
грунт суглинистый
бокового давления в состояниипо
коя ?.„ = 0,5 И расчетным сопрот,'
лепием /?=350 кПа., V' = ,R hl!
и ci = 15 кПа. На фундамент в пеР1
од эксплуатации действует пси I •
ная вертикальная сила /
Рис. 6.10.
а — схема
Шлицевый фундамент с дву-
мя опорами:
конструктивная; б — то же. рас-
четных усилий
г» rnviiT ПО форМУ'ЛС (6-8)
Заглубление фундамента в ГР-
Л,-6-5.1415:18” 1.717 к = 1,7.’м.
Ординаты эпюр давления грунта в состоянии по
„ 7[ (Л] 4- Л,) 10 - 18 (6+1.75) °’5 69-75 кПа;
п h ) = 18 1,75 0.5 =- 15.75 кПа;
¥_> >1 2 °
?В”?1-?2 = 6975-,5'75 = 54 КПЭ'
Горизонтальные опорные реакции:
ЯЛ А_'(0,5?вЛрЗ —?BAe:2) =
» б”’ (0,5-54-62:3 -54 1,752:2) = 40.219 кН;
/?в = Aj-1 fo,5?B А, 2:3+?в^2 (Л1 + 7C:2)] =
- [0,5 54 62-2:3+54 1,75 (6+1,75:2)] =216,281 кН.
Поперечную силу в любом сечении ~ пролета АВ приравниваем к нулю
Сг = -ДА _l^z:2= -40,2194-9^:2 = 0.
Отсюда находим глубину, на которой действует максимальный изгиба-
ющий момент
zo = }'40,219:4.5 = 2,99 м;
Максимальный момент
Чпах^*А го -9*3:6- 40,219 2,99-1,5 2,993 = 80,159 кН-м.
Момент на опоре
•ив- -?вЛ2'2” -54 1,752:2 = -82,688 кН-м.
II 21-75 Г,ен"\на ПР°™ОСТЬ проверяем по формуле из СНиП
’ р для удобства и наглядности приведена к следующему виду
.’1 — 0,1 33.V6 < /?р [&:3,429,
— изгибающий момент;
— продольная сила;
СНиП
где М
.V
ПродЛ™ва pac™«e. Рав"“ 750кПа.
роверяем сечение фундамента в пролете ЛВ. в котором действуют
,о9кН.м и ,V. Fx7(s4 100+23 0,6-2,99- 141,262 кН;
имеем 80,159 -0,1.33-141 269 П , л
иа опоре В- ’ -6 - 7Л-1 0,6 :3,429 или 68,886<78,74 кН м;
“82-688 кН-м и ;V«ino оо л ду г.
Я0Г9Р Л 100 -23 0,6-6 108,28 кН.
82,638 - 0,133-108,28 — 68,287 <78 74 кН м
Вертикальная сила, пеоедаюп^яга ’ 4 Н‘ '
„ ^7Аающаяся «а основание,
1004-23-0,6-7,75 - 206,95 кН.
122
Среднее дапление. на гру1)г
р _Л 206/(5
‘Ь ’'И/117 «Па
Следовательно, РсР=344,917<^=3з0 кПа
Расчет противофильтрациониых завес
ляют фильтрационный расход irarr п тим расчетом
завес » находящихся в грунте coon’L?..,^ Гра'1ненты на .-;,а
ных сечениях фильтрационного поток^ «-И’ * ТаКже 8
оружепия и в местах выхода потока й^ РИМср’ у с'-
= ™»же»ие ^so„CTp„4ecKoa- ;
'приближенными0
г *=« »-s
тальным водоупором. ои мощности с горит
При МНОГОСЛОЙНОЙ толше с гпгшэгпттп ттт
слоев и совершенной т е полностью при г НЫМ Р,асполо^-ени.
непроницаемой завесе - • - Ю пе₽есек™й толщу вод -
приведенная мощность слоя
отпр = 2miKtк~' ’
где mi, кi —соответственно мощности и коэффициенты фильтрации отдельных
слоев.
Пределы значений коэффициентов фильтрации (в сантимет-
рах в секунду) грунтов:
Галечниковый и гравийный грунт..................10-*—10
Крупный песок............................... ... 10—* —10-1
Средней крупности песок.........................10-’—10-!
Мелкий песок.................................• . 10-*—10-’
Cvnecb..........................................10—s—10-’
Суглинок........................................10- —10-
Глина ..........................................10-”-10-т
Для многослойной толщи расчетная толщина завесы
м 1
где t — фактическая толщина завесы.
Для однородного слоя бесконечной мощности вводят м щн< с«ь
активной зоны:
Для плоского потока такт в Ю^;
» радиального » такт =- Wr-
Здесь b — полуширина выработки; г--радиус выраоотки.
Удельный расход, т. е. расход на 1 м фронта потока
(рис. 6.11)
^ = к(/7-й):Ф, <6Л2>
где к - расчетный коэффициент фильтрации приведенного одноного
слоя:
123
Рис. 6 11. Схема к расчету противо-
фильтрационной завесы
// — пьезометрический напор
глубина потока на контуре ’,J1”
танин, отсчитываемые от i г'и'
вы слоя;
ф — полное фильтрационное СОп
тивление, для определения
торого поток разделяют ,
фрагменты с разными фн На
трационными сопротивлениями
Полные расходы плоского
и радиального фильтр а цИш
энных потоков:
= и Qp=2^,
где В — ширина потока;
q — радиус контура стока.
Плоский напорный и безнапорный
го сопротивления:
фрагменты фильтрационно-
Ф
пн
(6.13)
п6 = 2/:(Я-гЛ).
(6-14)
Радиальные напорный и безнапорный поток:
Ф — — In ---------- ’
рн т г
2r h
фрб = 77ТГл|п ~
(6.15)
(6.16)
где I, гп — длина и высота фрагмента;
г — радиус контура стока;
R — радиус контура питания.
При последовательном соединении фрагментов расход в них
сохраняется постоянным, а полное фильтрационное
ротивление равно сумме сопротивлений отдельных фрагментов;
при параллельном их соединении полный расход равен сумме рас-
ходов всех фрагментов
соп-
(6.17)
ском потоке фильтрационное сопротивление самой завесы
Ф°~ + jin , (6 18)
ГДе Г Ктол±ГХХ“ООТеЛЬ,1ОЙ завесы;
«о, _ ХффХ™ W,Oy"O,K'M'
124
Для совершенной, т. е.
слой проницаемой завесы
полно/лью пере<екающей водонссяый
(би—0) фильтрапиони -л сопротивление
ф - t-.(m Q.
(6 l<h
В радиальном потоке фильтрационное сопротивление ы
Ф г( ф° 1 V г.
₽ая \ (б»)
где Фо — сопротивление завесы в плоском потоке, определяемое по
или (6.19);
г Г|| — радиусы верховой и низовой граней завесы.
Для завесы в безнапорном слое под мощным слоем нужно при-
нимать среднюю глубину фильтрационного потока, т. е. т=0,5
(//4-/1). Напор или глубина фильтрационного потока, отсчитывае-
мая от подстилающего водоупора в любом сечении водоносного
слоя, за исключением граней завесы
Л/ = Л-р(//-Л)2Фл-Ф,
(6 21)
где ЕФп — сумма фильтрационных сопротивлений участка потока ниже рас-
сматриваемого сечения, т. е. до контура стока.
Напоры у граней несовершенной завесы, т. е. завесы частично
пересекающей водоносный слой плоского потока на уровне кровли
напорного слоя, или положение депресионной кривой
в безнапорном слое:
у верховой грани завесы
h^H-f^-.к,
(6 22)
у низовой грани
завесы
гДе fi, f2 — фильтрационное сопротивление, определяемое по номограмме
(рис. 6.12, а) в зависимости от относительного заглубления s..~i
завесы в водоносный слой и относительного удаления ее от кон-
тура питания (/i/m для напора h}) или от контура стока ..д, ~
для напора Л2).
Рис. 6.12. Номограмма
Для определения фильт-
рационного сопротивле-
ния:
о — собственно завесы;
б — у гранеЛ завесы
в случае радиального потока:
Л,
Л.,~ h + /.?г0:(*т),
(6.24,
<6-2з>
где г0 — радиус оси завесы.
Для определения дополнительного сопротивления у граней не-
совершенной завесы на глубине г от кровли напорного слоя в за-
висимости от относительной глубины z/m рассматриваемой тоЧК11
к сопротивлениям /, и ft прибавляют сопротивление fz, значение
которого берут по номограмме (рис. о. 12, о).
При расчете напоров в безнапорном слое для определения соп-
ротивлений fi, f2 и /з по графикам (см. рис. 6.12) необходимо
принимать при определении:
1) hi и hz в плоском потоке
2/. X * -fH . JL=J_.
т ~ Н 4- Л2 ’ от = ’ tn ’
2) h2 и h2z в плоском потоке
G 2Z2 $ _ Л2 ~6 и Z z_
т п ht + h' от “ Л9 ’ от = А2 ’
3) hi и hiz в радиальном потоке
Z1 2гв , JL. S Л1 — Сн Z Z
т Н ~ Л1 П гв ‘ от hx ’ от ;
4) h2 и h2z в радиальном потоке
- —2Г" , Гн s “ Сн z Z
п h’ h г • Щ = А2 : = лу •
ппиГ»пн^РииВ безнапорном слое определяют последовательными
ot.or,L....4 ями получения равенства и полученных расчетом
значений.
Допустимые градиенты /д напора
Т а б л и ц а 6.4
Материалы заполнения
противофнльтраннон-
ных завес
Соединения
постоянные временные
Материалы заполнения
противофнльтрацион-
ных завес
Соединения
постоянные временные
Бетон
Глиноцементный
раствор
126
150
100
200
150
Комовая глина
Заглинизирован-
ный грунт
30
20
50
30
Перепад напоров Ah на завесе,
напор на уровне кровли водоносного
ров /и и
т. е. действующий на
слои, равный разности
занесу
и а по-
дл // _ h - + f
(6 2t)
в случае радиального потока
дЛ — н — h — (/1 ц_ /р q.(Krj
<6 27)
Градиент напора, равный разности напоров, на единицу
пути фильтрации
Фильтрационная прочность материала, заполняющего завесу,
должна проверяться по неравенству:
д,
(6.29)
где У — градиент напора на противофильтрационной завесе, определяемый
фильтрационным расчетом;
Jд — допустимый градиент напора, ориентировочные значения которого
приведены в табл. 6.4.
1лава
КРЕПЛЕНИЯ
ГЛУБОКИХ КОТЛОВАНОВ
7.1. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ОГРАЖДЕНИЯ
РАСПОРКИ И АНКЕРНЫЕ КРЕПЛЕНИЯ
В больших городах часто устраивают такие котлованы, кото-
рые еше 25 лет назад могли бы показаться неосуществимыми.
Глубина более 20 м встречается сплошь и рядом, а размеры в
плане измеряются десятка^ми и сотнями метров. Котлованы раз-
мещают в непосредственной близости от существующих зданий,
которые могут иметь больше 20 этажей над землей, при четырех-
пяти подземных этажах1. Особенно большие размеры котлованов
характерны для подземных транспортных сооружений —
многоэтажных гаражей, автостоянок и транспортных тоннелей,
строящихся открытым способом.
Затраты на крепление котлована составляют до 10% общей
стоимости здания большой этажности и до 50% стоимости соору-
жения метрополитенов.
Не касаясь традиционных способов устройства котлованов,
рассмотрим главнейшие виды современных конструкций и спосо-
бов крепления котлованов, глубиной 7—25 м, в условиях город-
ского транспортного строительства.
Комплекс крепления глубокого котлована можно разделить на
два основных элемента: 1) вертикальное ограждение, непо-
средственно воспринимающее давление грунта и воды извне;
) распорное и анкерное крепление, которое обеспечивает устой-
чивость и прочность вертикального ограждения
7 П ™а/’ЬНЫС ограждсния- в качестве таких ограждений (рис.
В стя Jr °СТИ °Т грунт*?в и глубины котлована используются:
нш, по г г nnv,KH ИЛИ трубы’ забиваемые на некотором расстоя-
нГ 2) двутавпоаы₽ ояВпЗНЫе гРУНТЫ Д° начала разработки котлова-
’____ ~ Р 1 • ки> забиваемые в несвязные и водонасышен-
ном симпозиуме 12—кГмая '|97бШгИХо к,?т ,ованов обсуждалась на международ-
ставляла серия сообщений о современи™’ наибольший интерес пред-
Часть из них переведена с немецкого и п л состоянии фундаментосгроения.
канд. техн, наук Э. И Мулюковым И лю^езн0 пРедоставлена авторам книги
128
элемента: 1) вертикальное ограждение, непо-
нь:е грунты, промежутки между котт,
деревянными или железобетонннии ,„рмии пг-'Т'-гинио заполняют
$ет-бетоном, по мере уг^блени! кХ^’а м™°литиим и',итор
товые стенки из стали или железобетон! J ’’ ' "лошии<: “,ПУИ'
Ные конструкции стен в грунте раХ„’ых ™
дения способны выдержать самостоятельно
глубине котлована в среднем не более 7 м „
W „^ходимость обеспечивать
<C?J' рие. 7.1, а) обычно с <т
J>) сплошные ш пун-
итиые или сбор-
типов. Все эти ограж-
внешнее давление яря
м. В котлованах большей
вертикальных ограждений распорками. ““*Ь уст0ЙГ!ИВО<:-:ь
Балочное огра 7к д е н и е (см пыс ч \
ИЗ двутавров с высотой профиля 40-60 см,' забиты
нии 1 3 м дру г от Друга и применяется в связных гр-.нта
• могут образоваться горизонтальные своды, передающие дав’’
балкам.
Ограждение Метростроя (см. рис. 7.1, б) отличается тем
просветы между двутаврами заполняют щитами или бетоном. Оно
может использоваться в сыпучих и оплывающих грунтах при уме-
ренном притоке грунтовых вод, но в процессе разработки котло-
вана должен быть обеспечен хороший водоотвод с понижением
уровня воды не менее, чем на 0,5 м ниже дна котлована. Из ог-
раждений типа стена в грунте исторически первой была сте-
на, состоящая из соприкасающихся друг с другом буронабивных
свай. Стены в грунте обычно используют в качестве постоянных
элементов подземных сооружений, тоннелей или глубоких подва-
лов.
Стальной шпунт, давно используемый в строительстве
(рис. 7.2), состоит из сплошного ряда особых свай с профилиро-
ванными замками, которые соединяют их при погружении в грунт
и придают непроницаемость ограждению. В глубоких котлованах
применяют шпунт типа Ларсен Л-IV или Л-V. Его большой момент
инерции и момент сопротивления обеспечивают высокое сопротив-
ление изгибу от давления грунта и воды.
Шпунт применяют главным образом при сильном притоке воды
в котлован. Если на досягаемой глубине лежит слои водонепрони-
цаемого глинистого грунта, то забив концы шпунтин^в этот слой,
можно совершенно преградить путь воде и вести работы при ми-
нимальных мероприятиях по водоотводу.
После окончания строительства стальные балки ( ражден^и
(см. рис. 7.1, а, б), а также и стальной шпунт можно извлечь
грунта с помощью вибратора или реверсивного свайного молота,
а затем использовать их еше несколько раз.
Распорные крепления. По мере углубления котлована, дав. ение
груша на ограждение растет и 'наконец достигает такого значе-
ния, когда свободно стоящие вертикальные элементы заделta
нижними концами в грунт, начинают отклоняться внутрь н е
устойчивость. Возникает необходимость в допо- ’н„вного KDen.
тах, воспринимающих горизонтальные нагр ..пнгтПуК111|И ' Гпгч-
леиия. К ним относятся собственно распорные конструкции и грун
товые анкера,
г ,-
5—68
Рис 71 Ограждения глубоких котлованов (в плане):
- . г а — го же, й несвязных и водонасышеНИ>.»
а балочное в связных_ и мерзл^елез^етонными панелями; в -- из буронабивных свай
грунтах с заполнением пролетос буронабивных свай; д
расположенных рядом, г я<^итная- е — то же, сборная
--- свай ’
— стена в грунте
Рис. 7.2 Профили стального шпунта:
а — плоского ШП; б — корытного ШК; в — типа Ларсен (Л-IV и Л-V); X—X — ней-
тральная ось
Распорные крепления (рис 7Ъ
котлованах ограниченной шиг иТ 4 <ЯЮТ 8 т ? а н J е * 1 *
делимых трудностей по обеспечение Ы’ ие иозмииа^ . :рео
от продольного изгиба. Максима л^аСТ°ЙЧИВОС1и сами
котлованах не превышает 10—12 ллииз Р^порок
Такой котлован обычно огпялДо^’
выми балками, а промежутки ме^г ве^тикальнЬ4ми .
ными брусьями. В трех ярусах поУг^ аИИ заполня™
балкам прикрепляют упорыиз отпезкзв’шр ?'"'T;|rjB3;’a И: '.7 <
концы распорок из стальных трубРРаспооки в'пТ'''' В "' ' ,ЯТ
вают между собой для повышения /Рр? ?есеченкях сг-':>и‘
[25]. Применяют также kohctdvkiihk И Устойчивости ’ист-'мы
ловаиах (рне. 7.4) с ,,, йа.ХТшпут'"’ ’
Устройство распорных крепление „с требуе1 а^к *
мов. Однако распорки и поддерживающие их стойки з а то о м" ж-
дают котлован и мешают разработке грунта и последу-
строительным работам. Это - одна из причин перехода к'ан:- г-
ным креплениям вертикальных ограждений глубоких котлованов.
креплением:
Рис. 7.4. Шпунтовое ограждение с распорным
и7попкяУНшВРла?еСеИК зб- 25 " °столика ГЛерев^нвые ^иньяТ 7
Р спорка, швеллер Лй 30, 5 — ’ П1ПеЛпеп №30; 9 — маячная свая» сваренная аэ
“• Ш“еЛЛе₽ №30= 8 “ «’ JJX i'шпунтнн₽схематизированы
5’
13!
Рис. 7.5. Использование анкерных креплений в городских транспортных соору-
жениях (примеры):
д _ крепление котлована; б — усиление подпорной стены; в крепление днища и стен
шлюза; г — противодействие взвешивающему давлению грунтовой воды на тоннели; д —
крепление свода подземного перехода; е — восприятие выдергивающих сил в фундамен-
тах мачты ЛЭП, ж — восприятие опрокидывающего момента от перекрытия ангара, а —
крепление вертикального откоса выемки
Анкерные крепления. Анкер — устройство, заделанное глубоко
в грунт и способное воспринимать значительные растягивающие
напряжения от строительных конструкций, передавая их в толщу
грунта. Анкеры получили большое распространение во всех от-
раслях транспортного строительства (рис. 7.5). Использование
анкеров при устройстве глубоких котлованов особенно в соче-
таниях со стенами в грунте (рис. 7.6) дает возможность полно-
стью освободить внутреннее пространство котлована от распорок
и стоек и значительно упростить и ускорить производство строи-
тельных работ [50].
/ АнкеР состоит из головки, тяжа и заделки в грунт
(рис. .7). Головка воспринимает усилие от конструкции, которую
крепит анкер. Тяж передает это усилие на безопасное расстояние
Рис. 7.6. Котлован с вер-
тикальным ограждением
в виде сборной железо-
бетонной стены в грунте
в начальной стадии вы-
емки грунта, когда Ус'
тановлен верхний ярус
анкеров
132
в толщу грунта. Сделка оГ
дальнейшую передачу усилия с “па‘т
окружающий грунт. Ликеры па."а
горизонтальных или наклон,,ых буровых
скважинах и заделывают их путем К?
цпи цементного, силикатного или по™
мерного раствора „од высоким давленХ
через труоу, внутри которой проходит тяж
В зоне заделки труба имеет отверстия дтя
выпуска раствора в грунт. В пределах сво
боднои длины тяжа (от головки до нача-
ла заделки) раствор в грунт не подают
Подъему раствора вверх по скважине пре-
пятствует особое устройство —
Временные анкеры иногда
по типу винтовых свай.
пакер.
устраивают
Общая длина тяжа обычно составляет
от 10 до 30 м, диаметр скважин 70—200 мм,
длина заделки 3—8 м. Анкеры устраивают
в самых разнообразных скальных и дис-
персных грунтах, за исключением торфяни-
стых и заторфованных, насыпных, рых-
лых песчаных, а также глинистых, с пока-
зателем консистенции более 0,5.
В зависимости от свойства грунта фор-
ма заделки разная: 1) в монолитной
скале — это правильный цилиндр, диа-
метр которого равен диаметру скважины;
2) в песчаных и гравелистых грунтах —
тело цилиндрической формы; 3) в трещино-
ватой скале и в глинистых грунтах форма
заделки неправильная с ребрами по тре-
щинам и разрывам грунта.
Несущая способность анкера слагается
из сопротивлений лобового и по боковой
поверхности. Лобовое сопротивление в ан-
керах с правильной цилиндрической фор-
мой заделки, диаметр которой равен диа-
метру скважины, не принимается во вни-
мание. В зависимости от грунтовых усло-
вий и размеров заделки суммарная ^су-
щая способность анкера составляет 100
1000 кН.
Рассмотрим некоторые варианты конст-
рукций заделки у инъекционных ан-
керов. Например (рис. 7.8) заделанная
часть устроена из ребристой стальной тру-
бы, которая прикреплена к тяжу в своей
нижней части и, следовательно, испытыва-
Рис. 7 7. Инъекционный
анкер Солетанш с тч-
жем из стальных тросов:
1 — стена. - — галоекл;
3 — наклоненная к стене
инъекционная трубка -Дж
из тросов: — злкер; 5 —
эона инъецированного грун-
та
Рис. 7.8. Инъекционные анкеры Бауэр:
м о чячелке оаботаюшей на сжатие; б — с гофрированной Тру.
а - с ребристой трубой в заделке, р g _ с м из арматурного СТержнр|
бой; в - с трубой, работающей “ ^иоиная паста; 3 — цементная заделка анкера
/ - труба из анкера из ребристых труб или арматурного стержня бо?ьГ
< - из стального стержня большого диаметра
ет сжатие. Благодаря этому под нагрузкой она укорачивается и в
массе цементной заделки (корень анкера) не могут образоваться
трещины Это обеспечивает устойчивость против коррозии в пре-
делах заделки. Защита свободного участка тяжа от коррозии до-
стигается нагнетанием внутрь его пластмассовой оболочки анти-
коррозийной пасты в горячем виде, которая при охлаждении за-
густевает.
Заделка нижней части тяжа может проходить внутри тонко-
стенной гофрированной трубы, служащей продолжением
пластмассовой оболочки (см. рис. 7.8, б). Цементный раствор за-
полняет внутренность этой трубы, выходит сквозь отверстия в ней
наружу и образует заделку. Тяж на всей длине оказывается окру-
жен затвердевшим раствором, который и обеспечивает его защиту
от коррозии. Антикоррозийная паста при этом не используется.
Для заделки тяжа может быть использована ребристая
труба, которая передает усилие на окружающий ее цементный
282,00
' р-
ь 4
277,00
T-60t
T-HOt
1_р6750^о с Q
T~7J5t
260,50
6
T~7J5t
/^260,00
• с о ?
280-л
275-
265-
~”260
гл "
° г> .’<7
Рис. 7.9. Железобетон-
ная монолитная стена в
грунте с четырьмя яру-
сами анкеров:
1 — насыпной грунт; 2 —
дренажный колодец; 3 ""
тяж анкера; 4 — заделка
анкера; 5 — морена; <5 "
железобетонная стена в
грунте; 7 — дренажная
труба
134
раствор посредством трения; латита г.т
вается нагнетанием насты а 1 К'РР' “'И »лег., '.бее«иг,и-
При креплении глубокого кот ки-ан» ...
мешать в несколько ярусов по высоте (вис 7 ^ ' у
ду ярусами принимают от 3 до "> м р!?' 7 ,,‘ Ра"*''янг<- меж-
анкерами по горизонтали зависит от w ; '
крепят анкеры, его определяют расчетом, но> не менГЛ 5 “"зм£
нии ярус анкеров обычно заделывают на глубине не менее 4 э и
от поверхности земли, чтобы обеспечить минимально необходим, о
вертикальную пригрузку, от которой зависит несушая
анкера.
Скважины для анкеров чаще всего делают наклонны ли. в со-
ответствии с напластованием грунтов. Вертикальные скважины ус-
траивают для анкеров, воспринимающих вертикальные выдерги-
вающие нагрузки или взвешивающее гидростатическое давление
грунтовых вод. Известен случаи применения вертикальных
анкеров для повышения устойчивости тонкого пласта известня-
ка на дне котлована глубиной 18,1 м. Известняк был трещинова-
тый и для предупреждения поступления грунтовой воды в котл >-
ван нижележащий песчаный грунт был превращен в водонепрони-
цаемый путем инъекции противофильтрационного раствора под
давлением, но известняковый пласт выдержать этого давления не
смог, поэтому он и был подкреплен вертикальными анкерами,
заделанными на глубину 10 м ниже дна котлована (рис. 7.10).
Можно также тяж из арматуры периодического профиля боль-
шого диаметра заделывать непосредственно в цементный раствор
и только свободную часть тяжа защищать пластмассовой оболоч-
кой и нагнетанием пасты.
Все эти конструкции анкеров рассчитаны на длительную экс-
плуатацию в постоянных сооружениях. Существуют однако и
временные анкеры, которые служат в период строительства,
а в дальнейшей надобность в них отпадает. Они не нуждаются в
тщательной защите от коррозии и способы заделки могут быю
совершенно иными. В частности, в качестве временного анкера
может работать винтовая свая конструкции В. Н. Железкова (см.
гл. 3). Благодаря тому, что ствол сваи имееет большую жесткость,
на него можно передать не только осевые силы, но и попе еч-
ные, что в целом ряде случаев создаст большие преимуще-
ства.
Рассмотрим теперь некоторые конструкции головок анкера.
Тяж из жесткого стального стержня имеет шарнирную уоловку
анкера (рис 7 11) и крепится к стенке с помощью торцовой плиты
со сферическим 'углублением в центре. Конец тяжа проходит
сквозь плиту и заканчивается резьбой, куда навинчивается(ганка
с полусферой в нижней части, которая опирается на
ту. Выступающий наружу конец вместе с гаикон нак|рыт за_щнтным
колпаком. Под колпак нагнетается аитикоррозииная.паста. Пшая
же паста нагнетается и в трубу-оболочку куда входит
конец пластмассовой оболочки. Таким о р
135
Рис. 7.10. Ликеры п
ловане для пр0Т11
ствия взвешпва,0“Дс''-
давлению грунтовых Му
на подошву известиЛ°Д
вого слоя: °'
I - древний аллювий- 9
анкер длиной 12—м ' 2 —
крупнообломочный , 3~"
няк: 4 - монолитная .Ст'
в грунте; 5 — и L Те”а
глауконитовый; б —естн«К
со следами лигнита- П7Сс°к
закрепленный слой к/
8 - анкеры глубиной и7а:
ДЛЯ противодействия J 5м
шивающему давлеН11Взве-
г_р°Г« ~ вХриых голооок:
стальной патрубок- гайка: 3 — огили/'«УЖИН; ! ~ тензометрическая; /
'° ~ "рУбаОЛГ7яИТ" 7 - Г
-:ар6иа7Уо6аЛ“-^ "И“’
арматура тяжа; 20 - стержень „Рик «атрузки
анкеоа- р ень Для измерения а"псР. ю — стена в груш*,
кера, 22 - колпак. __ н7ме””ЯеМУ1Линения^ 21 ~~ конический замок
«^меряемое удлинение
. . • торцовая плита,
уплотнение; 8 — стальной тяж.
пасты; 11 — тяж из стальных
— нижняя шайба; 15 — опорная
на анкер; 18 — стена в грунте;
ваются со всех сторон надежно
тяжа.
проходит внутрь пластмассовой обг?'1ираванним'' та - х..;-,р-|я
Головка анкера может быть г,г 'КИ ТЯЖа’
опирается па бетонный выступ стенки v"Hr>fi' В эт'л< У'13''
пакет пз плоских пружин, сжимаемый пп.?Рая •'ержит анкер и
заданного проектом натяжения анкера cv пиПТГГ П**" ™
ное устройство имеет датчики ппоо// ' рис' ‘ и* % Пружин-
кере в период эксплуатацияЖГ" И™ерять - ’ ' а"'
высокопр ых стальных напрягаемых проволок Поов< к.
пятся в головке в напряженном состоянии с помощью конX ' -о
замка. Головка такого анкера имеет тензометрическ.ю встаз-
и датчик перемещений, укреп-
ленный на напряженном жестком стержне, пропущенном срег.л
проволок в пределах свободной длины. Нижний конец стерж я
закреплен в цементной заделке анкера. Датчик позволяет изме-
рять удлинение свободной части тяжа в процессе эксплуатация
анкера.
Крепление головки анкера к стенке, ограждающей кот-
лован, зависит от конструкции стенки. Например, анкер может
проходить сквозь железобетонную стойку таврового сечения, кот .-
рая служит одним из элементов сборной стены в грунте (см. гл. 6).
Если стена монолитная, то анкеры размещают в промежутках
между прутками арматуры. Если ими крепят стальные шпунто-
вые стены, то применяют вспомогательные горизонтальные балка.
7.2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОГРАЖДЕНИЙ КОТЛОВАНА
С ОКРУЖАЮЩИМ ГРУНТОМ
В связи с растущим применением анкеров накопился большей
материал наблюдений за деформациями ограждении и дна глубо-
ких котлованов, которые происходят в процессе выемки гр} нта, а
затем при возведении сооружения* 1.
Деформации грунта, окружающего котлована. Такие деформа-
ции известны давно, но детали процесса выявлены только приточ-
ном измерении перемещений ограждающих стенок, в том чич. е i
с анкерами (рис. 7.12).
Выемка грунта меняет природное напряженно деформир ван-
ное состояние грунта, сложившееся под действием его вес^а. Дно
котлована, с_
стся вверх, а
горизонталыюе перемещение
перемещения, но полностью
7.12, я).
освобожденное от вертикальной нагрузки, выпучаза-
боковое давление окружающего грунта вызызаег
стен. Крепления ограничивают эти
исключить их не могут (см. рис.
. .. qthmv вопросу были представлены на симпозиуме,
1 Интересные данные по этому вопросу v н
состоявшемся 12—13 мая 1976 г. в Москве
137
Рис. 7 12. Схемы деформаций вертикальных ограждений котлована, его дна и
поверхности окружающего грунта (по данным К. Г. Бауэра):
д _ при разработке котлована и выемке грунта; б при постройке нового здания в кот.
ловане в — кажущиеся отклонения 1—5 вертикального ограждения при последовательной
/—Л/ установке анкеров; г — то же, фактические отклонения; д — схема разрушения
грунта при неправильной затяжке анкеров (обрушение позади заделок анкеров); е — то
же, выпирание перед заделками; ж — то же, обрушение перед заделками; У с) — уро-
вень дна котлована.
Возведение сооружения в готовом котловане вызывает осадку
дна, но горизонтальные перемещения стен частично или полностью
сохраняются. Интересно отметить, что вертикальные перемещения,
которые наблюдаются на дне котлована проявляются и на поверх-
ности за его пределами, распространяясь иногда на значительные
расстояния. Они вызывают осадки и крен ближайших зданий и
требуют специальных мероприятий по их сохранению (см.
рис. 7.12, б).
1 N\epS Углубления котлована устраивают наклонные анкеры
, , о, 4, 5 (см. рис. 7.12, в). Если измерять горизонтальные от-
клонения деформированного крепления котлована после выемки
TT?CTVH°v^H каждого анкера в той же последовательности (I, П,
nnivuuTraл- каждом очерсдном уровне разработки грунта, то
вокоуг ни^\”ТИВНаЯ картина* Крепление как бы поворачивается
вокруг нижнеи грани на каждом этапе.
сдвигаются 'пяп^пл^16 крепления не только поворачиваются, но и
д игаются параллельно самим себе (см. рис 7 12
На нижнеи части вептикапиштл * 1 * о
грунт сжимают „о/, веРтикальные ограждения, заделанные в
этого размеоы котпгт В гр^нта’ лежащий ниже отметки дна. Из-за
ограничить такое уменьше^и^н уменьшаются- Анкеры могут лишь
Предполагали Учто этиХ™ ликвилиРовать его полностью
анкерами, а жесткир п*™ деФормации присущи только стенам 1
р орки не допускают заметных перемете-
ни и стенок. Специальные опыты
ся только характер деформаций У Д ЛР; м,”’я'гт-
перемещение наблюдается в вепхи,.й наяболыш*
ками — в нижней. Причина в том tn- ™’ а 7 С7‘’н''х с рясиор-
когда котлован еще не вскрыт и на ДенТг"^ ££*** ст”»т-
ние грунта ие действует, а все по1т₽Л™ ^^‘""тальное ««ле-
мере углубления котлована, при котором ЙЖ
грунта и перемещается нижняя часть стен™
На строительстве каждый анкер напрягают до эадаияогс -и-
ответственнь1Й°ЛеМ СПеЦИаЛЬН0Й аппара^ры. Пр^е’Д ^от ДХма
Деформации грунта, которые происходят при слишком
шом натяжении анкеров (см. рис. 7.12, д, е, штриховые линии),
вызывают образование призмы обрушения за пределами зоны
делки анкеров, или выпучивание поверхности гэунта над ут< > э-
ной. В случае слабого натяжения (см. рис. 7.12, ж) несущая спо-
собность анкеров оказывается недостаточной и происходят обра-
зование призмы обрушения между стенкой и зоной заделка
анкеров.
Результаты наолюдений в ходе строительства. Наблюдена-
казали, что пока деформации поверхности и откосов котлована иэ-
меряются сантиметрами, прилегающие здания переносят их без
существенных повреждений. Имеются данные о деф ома »ях
котлованов с разными типами креплений и их влиянии на сосед-
ние здания. Приведем некоторые из них.
Котлован глубиной около 24 м был закреплен частично вер-
тикальными балками, частично сплошными стенами из бур^иаспв-
ных свай. С поверхности до глубины около 10 м лежали песок и
гравий, ниже мергель. Анкеры были расположены в 5 ярусов. Сме-
щение верха крепления составило всего 2,8 см и здания, располо-
женные на расстоянии 4 м от кромки котлована, не потерпела ни-
каких повреждений.
Другой котлован глубиной около 15 м был закреплен стеной
в грунте толщиной 0,6 м с тремя ярусами анкеров, грунт -
на всю глубину котлована песчаный, а ниже пес ж с гра^ .ем.
Здесь произошло общее горизонтальное смещение стены пэ всей
высоте на расстояние около 1 см.
Третий котлован глубиной 13 м был отрыт в с. _е гравия
щипой 5—6 м, под которым залегал мергель: крепление — стена
в грунте с тремя ярусами анкеров. При разработке кот.1Оэана
соседнее здание осело на 5 мм и накренилось в сторон) котлована.
После того как здесь было сооружено здание высотой скол ; Ом
произошел дальнейший крен старого дома к котловану и составил
) наблюдения, показавшие слишком ' эль-
смещения“креплений. Они, в частности, свойственны кот^>
смещс н развиваются в их средней части. В одном
----------Лбиной 20 м и длиной 126 м смещение верха крепле-
ния‘достигало 13- 15 см. Для борьбы с этим котлован кре или
1:1600, что совершенно безопасно.
Имеются однако 1
ш и е <
ванам большой длины и
котловане г;
1»
Рис. 7.13. Расчетная
эпюра давления грунта
на ограждения глубоких
котлованов
короткими секциями, у которых отношение
пины к ширине приближается к сдицИце
н проявляется пространственное сводооб-
пазование вокруг котлована.
Давление грунта на ограждения глубо-
ких котлованов. Рядом опытов в натурных
условиях установлено, что распределение
давления грунта на ограждения глубоких
котлованов (более 6—7 м) сильно от-
личается от того, которое дает теория
предельного равновесия, исходящая из д0.
лущения о наличии горизонтальных под-
вижек грунта за ограждением. При отсут-
ствии таких перемещений, благодаря со-
противлению неподатливых распорок пли
анкеров, давление на ограждение оказыва-
ется иным и зависит от жесткости самого
ограждения, времени его установки, коле-
баний температуры и свойств грунта.
Существует ряд различных предложений, относящихся к форме
расчетной эпюры давлений грунта и значением ее ординат. Эти
предложения имеют целью отразить форму объемлющей эпюр по
результатам многих натурных измерений, соответствующих раз-
личным этапам разработки котлована. Все эти предложения охва-
тывает эпюра давлений (рис. 7 13), значения параметров которой
рекомендуются разными авторами для песков и глин (табл. 7.1)
Учитывая грубую приближенность такой методики и значи-
авторов, по-види-
осторожные
тельные расхождения по предложениям разных
мому, нужно принять для расчетов наиболее
эпюры, рекомендуемые К. Флаатом.
Таблица 7.1
песков и глин
Значения параметров а, '1 и ? (см. рис. 7.13) для
Песок Глина
Авторы а Р Q а (i <7
К. Терцаги Р. Пек Г. П. Чеботарев А. Спилкер К. Флаат П « .. и- 0.2 0,1 0,2 0 0,2 0,2 0,2 0 0,8 7>а 7/ cos 0,2 7// 0,8 7/.а 7/ 0,65 Н 0,3 0,3 0,6 0.75 0,25 0,15 0,15 0,4 0,25 0 - 4 с 777 -4с 0,3 7//•. 0,375 777* 777 — тс (1,6 < т < 4)
По данным
аГйД^и1йе,5ота₽ев;‘ и К Флаата, нижний предел q для глины
а верхний — к постоянным.
удельный вес грунта; ха — коэффициент активного давления
/ - — чо’ная глубина котдоадна; <р0 — угол трения грунта
примечания- I г
откосится к временным крепле^ня”м,
2. Принятые обозначения у.
грунп, спрехеляемый по фор мое Н
о магер„а1 огражде„„я; с _ уипк^ ттмтк
140
на переходном
"• ₽АСЧЕТ ^ПУНТОВ-КОНСОЛЕИ
Простейший метод расчета
(незаанкеренной) шпунтовой стенки £„ИвОСТЬ
допущении, что она под действием«Лнсольног<> типа мновая на
грунте, в который она погружена пЛГРУЗ/И Не деФ°Р‘”’РУ>’г>- в
рой точки С, находящейся^ г" ;бинГ^ ЛВаеТСЯ воируг нек/тто-
7.14). * Уоине 2е от дна котлована (р«с
В зависимости от соотнпшриио
грунта, который он поддерживает и’1агру'!КсЯ на шпунт от
эпюра реакций последоватепёнг, с против-чением основания
рис. 7.14)' Пройдя чисто упХю с?адИТ/°пГ 1Р" ‘ *
достигают характерно упругопластической стадии^ПДтя^упрощ?
ния кривую, соответствующую упругой реакции на перехо “м
Г14СТ/7) Несуш3ааяМспоЮТ' ПРЯМ°Й (СМ' Аховую линию' на рис
7.14, 11). Несущая спосооность основания шпунта оказываемся п> л-
ностью исчерпанной при достижении эпюрой реакций формы цре-
/Р/Л^смИ рСисЭД7 14)^* КОТОРУЮ заменяют более упрощенной эпюрой
Расчет на устойчивость. В основу расчета шпунта на устойчи-
вость или, что то же самое, основания на прочность, может быть
положена любая из этих четырех эпюр, первая из которых соот-
ветствует наступлению состояния предельного равновесия грунта
только у поверхности дна котлована, а две последние — достиже-
нию этого состояния по всей глубине йг заделки шпунта. Эпюра II
соответствует промежуточному состоянию, когда на среднем участ-
ке заглубленной части шпунта давления на грунт еще не достигли
предельного значения.
Для вывода расчетных формул будем исходить из пре-
дельного состояния по эпюре II (см. рис. 7.14) и примем
зависимость между давлением на грунт и его перемещениями по
эпюре природного давления при наличии грунтовой воды. Для
Рис. 7.14. Схема стадии I-IV сопротивления основания тонкой стенки консоль-
.........................X ==
141
Таблица 7 2
в “Г тяпактеризукнцего возрастание упругого
Значения параметра по глубине_________________
Kt кН/м, для шпунтин
забивных
набивных, оболочек
и столбов
Вид и характеристики грунта, окружающего
1 шпунт или сваю
Г пины и суглинки текучепластичные (0,75 <
Глины и суглинки мягкопластичные (U.a<
< /£ < 0,75); супеси пластичные (0 /£
1); пески пылеватые (0,6 0 0,8)
Гл и.ни и суглинки тугопластичные и полу-
твердые (0^/£ ^0,5); супеси твердые
(/ < D); пески мелкие (0,6 0 0,75); пес-
ки средней крупности (0,55^0^0,7)
Глины и суглинки твердые (/£ <0); пески
крупные (0,55 0 0,7)
Пески гранелистые (0,55 0 0,7); гра-
650— 2500
250— 5000
5 000- 8 000
8000-13000
500—2 000
2000-4000
4 0и0—6000
6 000-10 000
10 000-20000
вий и галька с песчаным заполнителем
Примечания. 1. Иеньшие значенля параметра Л' соответствуют более высоким значени-
ям консистенции /£ глинистых и коэффициентов пористости е песчаных грунтов, а большие зна-
чения параметра 77 — более низким значениям и е.
2. Для плотных песков значения К нужно повышать на 30% по сравнению с наибольшими зна-
чениями для конкретного вида грунта.
средней части, соответствующей упругому сопротивлению грунта,
используем допущение о возрастании коэффициента упругого со-
противления основания с глубиной по линейному закону, как это
принято в большинстве методов расчета, а также в СНиП
11.17 77 для расчета свай на действие горизонтальных нагрузок
и моментов. Примем в расчетах параметр К, который характери-
зует возрастание упругого
(табл. 7.2).
Для расчета статически неопределимой системы в виде шпун-
пРпрмтТеНК?’ заглУбленн°й в грунт (рис. 7.15), применим метод
.н?ичпр^илИ1[ С пеРеходом к основной системе, считая направления
ложительныйи°РИЗОНТаЛЬНОГО перемещения А и угла крена 0 по-
ствиеИСсумм"пныуУпооаН°?ИЧеСКИХ УРавнений, выражающая отсут-
комых Унеиз.'естных: ЦИЙ введенных «язей по направлению ис-
сопротивления грунта с глубиной
Для
выразим
вана:
гдд д где 0 + /?До в 0;
гед д + гев0 + /?ео«О.
определения
полное давление
(7.1)
коэффициентов при неизвестных
грунта на глубине z со стороны котло-
(й -г).
(7.2)
142
э- c i
Рис. 7.15. Схемы к
а — действующие силы; б
расчету стенок-консолей
— основная система метода перемещений
ного давления грунта
1КТЖ>-
Первое слагаемое в этом выражении соответствует первона-
чальному давлению грунта на шпунт в состоянии покоя Положе-
ний центра вращения С определяют из условия, что оеа дивное
давление основания на шпунт на этом уровне, выражаемсе пос- од-
ними двумя слагаемыми формулы (7.2), равно нулю. Отсюда
= Л + Д:0.
(7-3)
При этом zc<Ji2, так как нижний конец шпунта перемешается
вправо и значение Д получается отрицательным.
Давление, выражаемое формулой (7.2), нигде не может е-
вышать пассивного сопротивления qnz основания. Без учета сцеп-
ления
?nz =
' 4.
коэффициент пассивного давления грунта
Xn = i/Xa=tg2 (45° + 0,5у).
Сцепление можно учесть отдельно в качестве равн мерно
распределенной нагрузки по всей высоте области реактив^ со-
противления основания с интенсивностью
qc » 2с tg (45° + 0,5?)= 2с У хп, 7-5)
где с — удельное сцепление грунта.
Таким образом, при работе основания в упругоштастическон
стадии часть эпюры реакций, расположенная выше . ч«л1_Е, -Д
падает с эпюрой пассивного давления грунта (см. PUty t* У
Чтобы установить зависимость между координатой f -
h2 погружения сваи приравняем значение давлення в те ке Е из
уравнения (7.2) при z=zE, соответствующему пассивному давле
143
, /7Д1 ПОИ ЭТОМ ДЛЯ упрОЩСНИЯ ВЫВОДИ И с Ил
U X циент давления грунта Хо в состоянии покоя коэфф,1ц
гон Активного давления 4 После этого, обозначив Х=Лп-Ха, п“
пчим формулу, выражающую zE в зависимости от глубины ft
^гружения шпунта и от его перемещении А и_в.
ГГ=>,4- чек) = *-с - 7А:(вЯ).
(7.6)
Концу упругой стадии сопротивления основания соответству.
ет появление пластических деформаций только у поверхц0.
сти котлована, т. е. при 2=0 (см. рис. 7.14, I),
Если исходить из предельного состояния соответствующего уп-
ругопластической стадии (см. рис. 7.14, И), то давление у подощ.
вы ограждения со стороны поддерживаемого откоса не должно
превышать пассивного сопротивления грунта, „ которое в данном
случае считается отрицательным, так как действует с обратной
стороны.
В связи с тем что активное давление в точке D со стороны от-
коса уже учтено, нужно приравнять выражение (7.2) при z=h2
к величине qo =укН. Тогда получим
+ + (7.7)
где hi — высота откоса;
hz — заглубление шпунта.
Если же учитывать активное давление только выше точки С
(см. рис 7.14, II), то на уровне этой точки на суммарной! эпюре
давлений появится уступ, противоречащий физическому смыслу
явления. Умноженные на 6 силовые реакции по направлению пе-
ремещения от единичных перемещений Д и 0 находим путем инте-
грирования соответствующих членов выражения (7.2) в” пределах
упругой части эпюры реактивных давлений, т. е. от zE до h2. При
определении моментных реакций по направлению перемещения
подынте ральные выражения силовых реакций предварительно ум-
ножают на плечо h2—z элементарной силы Kzdz относительно по-
дошвы D сваи:
__ Л2
ГДД - 6Я j zdz — ЗК (h\ —z^y,
гЕ
_ ^2
г де *= гед - 6/< J z(h2-z) dz-K (h* - ЗЛ2 4
+ 2гд) ’
'ее - СК у _ гу Лг - _ ЗЛ| 4 + 4А2 4 - А г* ) . (7.10)
в вьфажбння свободных членов у
ны. 1) равнодействующая активного
144
уравнений входят величи-
j давления Qa со стороны удер"
живаемого грунта с учетом влия
грузки р; 2) первоначальное давтрииГП'’еНИЯ ’ и >*-
пределах упругой части эпюры r tT f' ' : * *
3) пассивное давление со стороны М‘*ду 104' < П;
Е с учетом сцепления. Ы котлована между точками Р, в
Исходя из этих соображений
члены уравнений: ’ Умн°жениые на 6, ;ные
До----6Qa -р Зр.Д А2 —
^ео =-оуа + 7Ха | _ 3^2 +
В случае, если грунт, удерживаемый
величины (рис. 7.15, в):
<7 12)
^с^Е
стенкой, однородный, то
Qa — 0,5-'Ха Л2; h а=. Н -р р;-/ _ q ;
Лз = "/3;
где h — высота эпюры акгивного давления грунта с учетом влияния его
сцепления.
При этом активное давление со стороны удерживаемого грунта
принимаем до нижнего конца шпунта, исходя из того, что ниже
точки С первоначальное давление мало отличается от ак-
тивного по сравнению с пассивным давлением. Кроме того, учас-
ток CD очень невелик и, главное, непосредственно примыкает к
центру С вращения стенки.
Уравнения (7.1), (7.6) и (7.7) содер-
жат четыре неизвестных А, 0, h2 и zE,
которые можно найти, решая эти урав-
нения совместно.
Если сваи служат опорами для до-
сок забирки, необходимо учесть и то об-
стоятельство, что нагрузки на сваи соби-
раются с пролета Z, равного расстоянию
между осями соседних свай, а сопро-
тивлению свай оказывает только грунт,
соприкасающийся с самой сваей на ши-
рине Ь. Это легко может быть учтено
путем умножения величины Qa на отно-
шение t/Ь. Кроме того, нужно учитывать
и увеличение сопротивления сваи при
пространственной работе грунта осн о
вания.
В случае расчета шпунтового ограж-
дения, когда сами сваи играют роль до-
сок-забирки, отношение 1/Ь=1$ и р ном
случае при с==0 требуемое заглубление
стенки можно в нервом приближении
Рис. 7.16. Зависимость .т-
ношения hzj'hi от угла ф
внутреннего трения ггун-
та:
1 — исходя из конечне! уп-
ругой стадии сспро: в.- <
основания стенок-консолей (см.
рис 714. /): 2 — то же. о
строгого решения для у 7У-
гопластнческой стадии си.
рис 7.14. II. Ш); J — ’о
из приближенного ресея»« v
рис 7.14. /V); 4 - для сте км
с одним рядом огор у s< ха
(заанкеренная стенка1
145
определить
ся уравнением
по графику (рис. 7.16). Кривая 3 выражает.
ь (7.1з>
Квивой 1 нужно пользоваться при расчете очень ответственных
сооружений. Ля которых недопустимы остаточные перемещен^
а во всех остальных случаях — кривом 2. Кривая уже относится
к заанкерованным стенкам (см. рис. /до;.
Расчет на прочность. Чтобы рассчитать на прочность само
шпунтовое ограждение, необходимо определить возникающий в нем
наибольший изгибающий момент, предварительно сос-
тавив выражение поперечной силы и приравняв его нулю:
<?«, - °'5Л ( Л1 + го)2-°-5Vn го - О-
Отсюда можно найти сечение zo> в котором возникает наиболь-
ший изгибающий момент, а затем и этот момент:
Iп “1
‘о = h (Хп ~ 1 >; *Umax =• g (Хп — I)2 ’
(7.14)»
При z0<Ze.
Для расчета ограждения по перемещениям необходимо опреде-
лить горизонтальное перемещение верха стенки, происходящее из-
за деформации основания:
Л -- д -и т =
(7-15).
где / (хезразмер ный коэффициент, значения которого находятся по графику
(рис. 7.17) в зависимое, i от отношения и угла <р внутреннего
трения грунта. J г
П13 Перс«ешению,^выражаемому формулой (7.15), нужно приба-
пп^итиРпГИИ Пр°ГИб С?М0Г0 шп7нта> который приближенно можно
принять равным прогибу ее надземной части, т. е.
(7.16)
где EJ — жесткость стенки.
по условию поочногти ?ГЛ t КОТОРЫМ соответствуют небольшие
рунта основания глубины заложения свай,
Рис. 7.17. Зависимость
коэффициента f от от-
ношения hz/ht при углах
внутреннего трения Ф3®
= 15*4-45°
...............................................................................................-
й,.,»вр.тзе? растст ™~Х"............................... ...
зонтального перемещения верха огражчХа^" ro’>*’
абсолютно жесткое, необходимо еще определил ^р"”
перемещения, которая связаия г vn™, е.?ели1'ь т/ часть
„шунта или сваи. С уПругой ^формацией ,,-иба
При расчете ограждения на устойчивость и проч и ть
нужно исходить из расчетного угла внутреннего трения г и-
ответствующего первой группе предельных состояний а при
те по перемещениям принимать то его значение, которое сс -,'т.
ствует второй группе предельных состояний.
Необходимо иметь в виду, что для стенок консольной типа
расчет по перемещениям может иметь решающее значение, г эт-'..-
му такие стенки нецелесообразны при выемках глубиной б злее
3—4 м.
Пример 7.1. Определить требуемую глубину забивки, подобрать се-еаяе
и найти прогиб сплошного стального шпунта, поддерживающего верп алыгую
стенку котлована глубиной fti=3,2 м. Грунт песчаный средней крупности;
его расчетные характеристики: удельный вес yi=yn=19 кН/и3, углы внут-
реннего трения (pi = 34° и (рц=36°, удельное сцепление С1=Сц==0, заоа-
метр, характеризующий возрастание коэффициента упругого сопротив.- я
грунта с глубиной, К=5000 кН/м4,
Коэффициент пассивного давления для расчета по первой группе пре-
дельных состояний
> п “ (45° + 0,5?1 ) = tg2 (45° 4-17°) = 3,537.
По кривой 2 (см. рис. 7.16) находим А|/й2=0,8. Отсюда ft2=0,8-3.2 =
=2,56 м. Наибольший изгибающий момент в шпунтовой стенке действует за
глубине
zo = A1 (Хп — 1) = 3,2:(3,537—1) = 1,261 м.
Этот момент на 1 м длины ограждения
71 У л? 3,537-19-3,23
гаах 6(Х„-1)2 = 6 (5,537-1)2
= 57,023 кН ч.
При расчетном сопротивлении стали марки С38/23 на изгиб- R 21С ‘ОСVia.
Требуемый момент сопротивления профилей шпунта на 1 Д. р—--,
1Г - Л1 тах/Л “ 57,023 10»: (2.1 • 10s) = 271,538 см’.
Примем шпунт корытного ПР°Ф™?14™™8 'У^а'д^нну Т м°1Г= 117^4=
6=0,4 м момент сопротивления Wi = 114 см , а на длину
"2ДляМтого чтобы определить перемещение верха шпунта всходам уже жз
значения угла внутреннего трения грунта с^ А-
7.17) для A2/Ai=0,H и фы^Зб», лгпяЖЛ-ния от его смещения в грунте во
ное перемещение верха шпунтового ограждения от
формуле (7.15)
1519:5000 - 0,057 м-5.7 см.
1
147
0.26-19-3.25 10s
К этому нужно прибавить упругий прогиб самого шпунта, которы"
ра.кается формулой (7.16): р ’’ Вц.
• _ Гп *а _
- ~ 30EJ
_____ =0,0144 м= 1,44 см.
30-2.1-IO8-730-2,5
Полное горизонтальное
==^т£==5,7-Н,44==7,14 см,
перемещение верха шпунтового ограждения f
т. е. 1/45 часть высоты его надземной части
7.4. РАСЧЕТ СВАЙ И ШПУНТОВ С ОДНИМ РЯДОМ ОПОР
Наиболее простой способ расчета таких свай и шпунтов (рИс
7.18) основан на допущении, что они под действием нагрузки, Не
деформируясь, поворачиваются^ вокруг точки С при,
крепления анкерной тяги или установленной распорки. Удлинение
анкерной тяги или укорочение распорки, а также перемещение ан-
керной плиты не учитывают. При этом в зависимости от соотноше-
ния между нагрузкой на стенку от грунта, который она поддержи-
вает, и сопротивлением основания, эпюра реакций последнего бу-
дет последовательно проходить три стадии (см. рис. 7.20).
Ограждение неограниченной ширины. Для вывода расчетных
формул исходят из схемы действия сил (рис. 7.19, а) и из закона
деформирования грунта, который уже был принят для расчета
безанкериых стенок.
Применяя метод перемещений, перейдем к основной сис-
теме (рис. 7.19, б), приняв в качестве неизвестного горизонталь-
ное перемещение А подошвы стенки, которое может быть найдено
из уравнения
гдд + 7?до — 0.
(7-17)
Для определения коэффициента при неизвестном Гдд выразим
полное давление на глубине z со стороны основания, исходя из
начального давления yhoz^yhaz, которое при наличии горизон-
тального перемещения А достигает значения
= + KSZ <Л1 + г);(Л1 + Л2>-
(7.18)
Что касается свободного члена уравнения R до, то в его выра-
жение входят реакции связи, введенной в точку D от: 1) актив-
ного давления грунта со стороны откоса с учетом сцепления и вре-
менной нагрузки; 2) первоначального давления грунта со стороны
основания в пределах упругой части эпюры реакций, т. е. между
точками £ и D; 3) пассивного сопротивления основания между
точками В и Е с учетом сцепления.
Увеличенные в 6 раз реакции основной системы (см. рис. 7.19,
б):
---, — .. v..
пассивного сопротивления основания между
учетом сцепления.
6Д- "2 __
'Л1 + Л. 1 ТТЛ (Л2 - ) <2Л1 + ) <7 ,9)
*• t 1'2
148
рис. 7.18. Стадии /
]Ц сопротивления осно-
вания стенки с опорой
у верха
Рис. 7.19. Схемы к рас-
чету ограждения с од-
ним рядом опор
*Да = 1 /, [~<?а (Л1 + Л2- Л3> + 'I’ а Л2 <ЗЛ1 + ~
+ -(ZQ (ЗЛ, + 2z£) + 3?с гЕ + ’£)1 - (" - •
Если грунт, удерживаемый стенкой, однородный, то
<?а (Л, + Л_,-л3) - Л Л;(ЗЛ, + ЗЛ2- Л),
при h = 7?0 + /^ + Л., + Д/Т — •
^=2П"1Ха/2.
Конец чисто упругой стадии сопротивления основания (см.
рис. 7.20, 1) определяется условием, что при
z = 0 имеем - = 7^п.
az
(7 21>
Пр„ „среходе «»<—
Ческу ю ст «дню Раб“™ • эпю‘рЛ „сетного д.читт-
некоторой глубины ^^J0Bn^faeJT VI1nVroP Для нахождения состав-
Ниже точки £ основание раСк гаст } с
ляют уравнение, которое при с— 0 ж •
J 1 14
. - A (Л*+ 2еУ (Л-+ л? "7" 2e- (7 й>
Отсюда
z£-^-(»1 + ft2>-Ai- <7'23)
Zi
Нижняя ордината эпюры реактивного давления
?р = л2(7ха + ХгА)^тХ„л2. (7.24)
Пон потном исчерпании несущей способности основания эпю-
ра его реактивных давлений приобретает треугольную форму (см
рис. 7.18, ///) с наибольшей ординатой qD~у^пП2. при этом гори-
зонтальное перемещение точки D достигает значения Д=уЛ/7( и
далее неограниченно возрастает.
Для этого случая из уравнения моментов, составленного отно-
сительно точки прикрепления анкера, получается неравенство!
Л*н Ха л2 (ЗЛ1 - ЗЛ2 - Л) xn ^+(3^+2\J. (7.25)
Другое неравенство может быть составлено из уравнения мо-
ментов относительно центра С эпюры пассивного давления:
/<„ 7*а Л’ (Л - л.) ^ 2S (ЗЛХ 4- 2Л2). (7.26)
При использовании этих неравенств для проверки достаточно-
сти глубины погружения свай и для определения анкерного усилия,
в левые части неравенства введен еще коэффициент надеж-
ности £H=1,5, учитывающий недопустимость использования пас-
сивного сопротивления основания до конца и неравномерность на-
тяжения анкерных тяг.
Сечение, в котором возникает наибольший изгибающий момент
(рис. 7.19, в):
2о “ м
yWmax в S (^о — Ло) — 7zo: (бХп) *
(7.27)
Для учета перераспределения давления грунта с концентрани-
<Ц)5—,аМ> В выРаж< ние момента (7.27) вводят коэффициент
Если распорка или анкер находится
=0) и если не учитывать сцепления
вопи во (7.26) упрощается:
у самого верха стенки (ho^=
(с=0), то при £п=1, нера-
+ + (7.28)
(ТрЛ’Тв’Г (7-28)
ЛитеяРв"ияхГпапостпННОЙ ШИр™Ы' Свая в случае пахо-
внутреннего трения ₽и сцеплмия'в" 3аДачи 11 благодаря наличию
Ц ния в грунте вовлекает в работу ею
1о0 1
массив, ширина которою больше ширины
случае тело выпирания, состоящим
с треугольными основаниями, Б. Л уке»’ЛГй
для коэффициента увел ичен
щей пассивного давления на
Ч'.ии Принимая я гто>»
уД..Ири/Мм и лвУх пирамид
J предложил
ия расчетной равно действую-
сваю:
•<! = 1 + -
36 tg (45е-0,5г) ’ <7 29>
где /^2 — глубина погружения сваи;
<р — половина угла расшипения тр™
ной углу внутреннего трения грунта- Р В ПЛаИС’ п^иня7ая "аа'
b — ширина сваи.
Обычно пользуются более простой формулой:
4 = 1 + \:(36).
(7 30>
Формулы (7.29) и (7.30) применимы, если сваи расположены
одна от другой на расстоянии не ближе, чем Z=&4-2/i2tg<p:tg(45:_______
0.5<р), при котором тела выпора еще не будут пересекаться меж-
ду собой. При меньшем расстоянии между сваями коэффициен-
будет меньше [14]:
_ _1_ 8Л2 tg3 у - (2/?2 tg у; tg 0 + 6 — I) tg3 0
' 24 h22 b tg2 у tg 0
(7 31>
при 0 = 45°—0,5ср.
Формула (7.31) дает приемлемые результаты при <рс30. Если
<р>30°, то в расчетах принимают ф = 30°. Тогда
! 8А3 - (2А2 + 6 - Z)3
т‘ = 1 + 24 бР
С 32>
Пример 7.2. Рассчитать крепление стен котлована глубиной Л- , h -
(рис. 7.20) исходя из следующих данных: грунт — песок средней крупноств
с расчетными значениями удельного веса ут=18 кН/м3, угол внутреннего
трения (рт = 34° и удельное сцепление ci — 2 кПа. На поверхности земля дей-
ствует равномерно' распределенная нормативная нагруз^
/г«> = 20 кПа. (5ваи из двутавра № 45 с шириной полки 6—160 ^м н мо -
том сопротивления 117=1231 см3 забиты на расстоянии /-
га. Анкеры прикреплены к каждой свае. Для сталим р ~ “
сопротивление /?=210 МПа. Анкер прикреплен на глубине h0-2 м от зеЕха
“"предварительно назначаем требуемую глубину забивки
1?С-Л’6): КР=7а1|9Д2’18^8 333 м r=0.25.PhuP = 0.25.8.333 = 2.^ м.
Исходя. 1'то"го что е+ва’и располагаются ’ на вэаПмиом расстоянии 1=1.5 м.
принимаем глубину их забивки Аз — 3 м.
Коэффициенты активного и пассивного давлен
) а « tg2(45°- 0,5'fi ) - tg (45° - 1/е)-0.2>2.
>.п => tg2 (45° + 0,5-n ) = tg2 (45° + 17°) = 3.537.
15Т
Рис. 7.20. Схема и эпюры к
чету крепления стен котлована Рас'
Нагрузка, приложенная на поверхности, учитывается совместно со сцеп,
.пением в виде равномерно распределенного по всей высоте сваи расчетного
.активного давления интенсивностью
„ ^.np^l — 2с, КТ7= 1,2-20-0,282- 2-2 /0,282 = 4,044 кПа.
В области пассивного давления сцепление учитываем с коэффициентом
условий работы т=0,7:
рп = гп2с1 ]/~ лп = 0,72-2 3,537 = 5,266 кПа.
Равнодействующие расчетных активных сил, приложенных с верховой
стороны ограждения, отнесенные к расстоянию между сваями 7=1,5 м:
= Ъ ха (Ло + М2 Z:2 = 18 0,282-72-1,5:2 = 186,543 кН;
Q2 = Pa (Ло4-Л1)/ = 4,644-7-1,5 = 48,762 кН;
<?3-=7| га(Ло + Л1)Л2*= 18-0,282 7-3-0,16 = 17,055 кН;
Qt = 7f h2b-2 = 18-0,282 32-0.16:2 = 3,65 кН;
= 7, ^2 = 4.644-3-0,16 = 2,229 кН.
керной0^™-1 аУ-2И7-ЧПЛ9ЧИ 9 КК7Х СИЛ от_н9сительно точки С крепления ан.
лернои тяги. Gj — 2-/.3—2=2,667 м; си=7'2—2=1 а м* /?„_7 9 < ? о_а А м-
^ = 7-2+2-3:3 = 7,0 м; о5 = 7-2+3 2=6,5Л. ’ ’ сз~7-2+3-2-6*5 М’
Равнодействующая расчетных активных сил, приложенная к одной свае:
Q =* Qi + Q2 + Q3 + Q4 4- Q3 = 186,543+48,762+
731,55 кН.
т. e. удерживающих сил, найдем предва-
пассивного давления для сваи ограничен-
) ==0,532. Коэффициент
+ 17,055+3,65+ 2,229 = 258,239 кН.
Момент активных сил, стремящихся повернуть сваю относительно точки С:
-И, О, at - - Q2 а2 + Q3 с3 + Q4 а4 + Q, а.„ |fj6,543.2,667+
+48,762 1 «5+17,055-6,5+3,65-7,0 +2,229-6,5
Для определения реактивных
рительно коэффициент увеличений
нои ширины: 6=0 16 м ппи /—1 ч й т-/:для сваи ограни **-*'
•=V73 м и
J52 v 1/ ) =0,532. Коэффициент
1
24
Wl
8-33- (2.
24-0,16-32 4,322.
Реактивные силы, отнесенные к одной свае т <
/=1,5 м: вае> т* е к участку стены длиагЛ
<?6- Ч *4:2 - 0.7.18-3.537.3»-0.16.4,322:2 - 138.683 кН
^7 Ч Ч= 5,266-3-0,16-4,322 = 10,925 кН.
Соответствующие им плечи относительно точки С
аб = 1 -2+2-3:3 = 7 м; = 7-24-3:2 = 6,5 м.
Удерживающий момент
'^уд ~ Q$a6 + Q7 а7 = Ь38,683*74-10,925-6,5 = 1041,794 кН-м.
Расчетное значение коэффициента надежности:
*н = М /Ма = 1041,794:731,55 = 1,424 > 1,4.
Часть пассивного давления, уравновешивающая активное давление*"
Qn = (Q6 + Q7):^h = (138,6834-Ю,925): 1,424 = 105,062 кН.
Анкерное усилие, отнесенное к одной свае:
5 = Q Q = 258,239-105,062 = 153,177 кН.
<1 11
Выражение изгибающего момента в произвольном сечении сваи
Л1г = -7Х3 /г3:б - рй lz*-,2— 18-0,282-1,5г3:6—
—4,644-1,5г2:24-153,177 (г-2) = -1,269г3-3,483г24-153,177г—306,334.
Для нахождения сечения сваи, в котором действует наибольший из. и ба-
ющий момент Мтах, приравняем нулю выражение поперечной силх*
О =,'У1 = _з,807г2-6,966г+153,177 = 0.
dz
Решая полученное квадратное уравнение, найдем г—5,494 м, слелс-зз-
тельно
у________1 969-5 4943-3,483-5.49424-153,173-5,494-306,-354 =
jUmax
= 219,629 кН-м.
Изгибающий момент в сечении, к которому прикреплена анкерная тяга.
_7).а/гз;6_ра^:2=-18-0.282-1,5-2’:6-4.544-1.5<-":2-
= -24.084 кН-м.
Наибольшие нормальные напряжения в поперечном сеченин сваи
- =Л4 at = 219629:1232= 178,414 МПа<Л--Ю ,1Пз.
JmaxeiHmax
^mln
учитываем неравномерность их натяжен„я>
Для расчета анкерных
и тогда
«водя те коэффициент 1,5, = кН.
«яятяжкн находим по формуле (7.17)
Требуемую ТОЛШИНУН« Средины этой доски, ширина которой
S/mT'"' 4 Г₽> _18.о282.(2+5-О.1)+4.О44=39,О68 кПа.
. (h
Я •= 7S 'ло I
Следовательно:
б = 0,5Z }3qTR = 0,5-1,5 13-39,068: (1.5-104) =
= 0,0662 м = 6,62 см. Принято 6 = 7 см.
7.5. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЕПЛЕНИЯ КОТЛОВАНОВ
В случае большой высоты шпунтовой стенки заделка ее ниж-
него конца в грунт обычно оказывается недостаточной; тогда уст-
раивают дополнительные элементы ограждения. Наи-
более простыми считают закладные крепления. Для устойчивых
грунтов при небольшой ширине выемки применяют крепления с
распорками, в остальных случаях — с анкерными тягами. Анкер-
ные плиты, передающие усилия анкерных тяг на грунт, устанав-
ливают за пределами призмы обрушения грунта.
Расчет досок-затяжек закладных креплений. Дощатые затяжки
(забирка), воспринимающие давление грунта и передающие его
на сваи, рассчитывают как однопролетные балки на двух опорах.
Пролет I такой балки (рис. 7.21) считают равным расстоянию меж-
ду сваями. В качестве расчетной нагрузки принимают активное
давление грунта, которое изменяется с глубиной; поэтому доски
рассчитывают по отдельным участкам высотой 2—3 м, в пределах
которых устанавливают доски одинаковой толщины.
На каждом участке рассчитывают самую нижнюю доску, на
которую действует равномерно распределенная по ее пролету на-
грузка интенсивностью;
нижнейТдоски;в активное Давление грунта на уровне середины
Ь ширина доски.
сти: Р ЗЯ толщипа ° Доски определяется из условия прочно-
^max R,
где ЛТщах
ах — максимальный изгибающий момент;
U/ — момент сопротивления поперечного сечения доски;
Я — расчетное сопротивление при изгибе, для
1,5-10* кПа.
дерева равное
154
Поде I а влил выражение //
и UZ=/,6>/6 в
щее уравнение, получим требуемую
т о л Ш И и у д о с к и
Минимальная толщина доски
бт1п = 5 см.
Для определения толщины до-
сок-затяжек в первом приближе-
нии можно пользоваться номограм-
мой Метрогипротрапса (рис. 7.22).
Рис. 7.21. Расчетная схема лс
затяжки
Расчет продольных поясов и распорок. Продольные по? а пе-
редающие усилия от свай или стоек на распорки (расстрелы)'и-и
на анкеры, рассчитывают как многопролетные неразрезные ба. • >
пролеты которых равны расстояниям между осями распорок и ан-
керов.
Если расстояние I между осями сваи не совпадает с расст >-
нием ZP между осями распорок или анкеров (рис. 7.23), то свая
передают на продольные пояса сосредоточенные силы F, прило-
женные в пролетах поясов. В таком случае пояса рассчитываем
на де!1ствие этих сил. На каждую распорку или анкер передаются
все силы, действующие в одном пролете, точнее в двух полупи -
летах. В данном случае усилие в распорке или анкере S=2/\
Если же 1—1р и сваи расположены только против распопск, т
усилия от свай передаются непосредственно на распорки или
анкеры и они испытывают усилие S=F. Распорки рассчитываем
на усилия, передающиеся от поясов или свай, как сжатые стерж-
ни с учетом продольного изгиба, влияние которого учитываем
коэффициентом ф
(7.33)
где F — площадь поперечного сечения распорки;
R — расчетное сопротивление материала распорки при сжатии.
Расчет многопролетных стоек. При глубине котлована 7—! :
распорки или анкеры целесообразно располагать в несколько яру-
сов по высоте. При этом если распорки нижнего яруса устанавл -
вают па высоте 30—40 см от дна котлована, то отпадает необх -
димость в значительном заглублении свай или шпунта н/же д а
котлована. Если невозможно установить нижнии ярус расао^ к .-.а
такой высоте из-за усложнения производства раоот в котловане»
тогда нижние концы стоек приходится значителы 1 заглублять в
дно котлована. - . ,
Распорки или анкеры располагают так чтобы изгиоающие мо-
менты во всех расчетных сечениях стоек были бы равны ме^
собой. Желательно, чтобы были близки межд> собой та^ ? - •
лы передающиеся на распорки или анкеры. Однако полнекгьк зы-
пощшть обаТсловпя одновременно не представляется возможным.
Рис. 7.22. Номограмма для опоРп
ления толщины 6 досок-затя>кек6'
I— шаг свай; Л— глубина устаип
досок; ф — угол внутреннего т^;ВКн
грунта трен«я
Рис. 7.23. Схема действия сил
расчету продольных поясов и рас.
порок
Нагрузка на стойки — давление грунта, передающееся
через затяжку, пролет которой I равен расстоянию между стойка-
ми. Расчетную эпюру давления грунта на стойки принимают по
К. Флаату с ординатами
для грунта песчаного
q = 0,65-/17 tg2 (45°—0,5?); (7.34)
то же, глинистого
q = I (-;н - тс),
(7.35)
где у — удельный вес грунта;
Н — глубина котлована;
т — коэффициент, принимаемый в пределах от 1,6 до 4 0-
с — удельное сцепление.
Рис. 7.24. Расчетные схемы
летных стоек
156
многопро-
Учитывая выравнивание на-
ибольших по абсолютному
значению ординат эпюры из-
гибающих моментов неразрез-
ной стойки благодаря неко-
торой податливости распорок
или анкеров и рассматривая
упругопластическую стадию
работы самой стойки, исходят
из равенства абсолютных зна-
чений наибольших изгибаюших
моментов в пролетах и на опо-
рах. Моменты выражают через
равномерно распределенную
нагрузку q с учетом размеров
пролетов.
В случае песчаною гру,1та и .
расположены вблизи от д ,1я "и*'!'х« распорка ям
дящимися на уровне Дна. HaS™"!’ *«**> считать их
(рис. 7.24 а при «а
~4h = 0,5qb, а моменты на вС"х ' рав,,ом *• б ...-
всех промежуточных пролетах Af Х^Л^'Т'/ши.с
пролете Л/„=0,0957 9h‘ Э^> г =°’0'2’',,z/t< V, и
консоли и нижний пролет иРДЗВ°'1Яет ВЬ,Ра ’ИТЬ
ролет через промежуточны
Лп “ 0354ft; Лп = о,806ft.
нахо
опоре
М,-
__________Ц АО
Момент в нижкец
-» вылет верхней
е пролеты:
Если ।—”
тов, включая и нижний, но \е считая
сота стойки
ДТ" Р^еЛены распорками или
консо
анкерами на п проле-
•1и, то полная в ы-
Н (п D * +Ло + ftn = (n-l) ft+ 0,354ft +0,808ft = ft („ + 0,1®,.
Отсюда л = /7 : (п+ 0,162).
Расчетные усилия в распорках (или анкерах)-
верхней So=q(ho+0,5h) =0,854 qh-
промежуточных, кроме двух нижних S=qh‘
Д{ЛД?следнеи (считая от верха) 5п-1=?(0,5/!-р0,5626й-) =
=- Q,9545qh; f
нижней Sn=0,4375^0=0,354^.
В случае глинистого грунта:
А10 = 0,167^, М = 0.0625^/г2 Мп = 0,0957^
Ло = 0,612Л, /^ = 0,808/2, й = /7/(пч-0,42);
So = 0,806^/z, S = qh, 5^ = 0,9545^, Sn = О.ЗЗДЛ. !
Г 37)
Учитывая, что предлагаемый метод расчета основан на рас-
смотрении стадии разрушения стоек котлована, необходимо при
подборе их сечения вводить коэффициент условий работы
/72=0,75.
Есди нижний конец стойки принят заделанным в плотный грунт,
то жесткую заделку принимают на уровне от \'з до 1: глубины л?
погружения, считая от дна котлована (рис. 7.24, б). Б этом случае
последний пролет hn — расстояние от нижнеи распорки л.ш^н-’ п-
него анкера до условной заделки в сечении п, а изгибающим мо-
мент в пролете hn и на опоре п будут такими же, как в вышерас-
положенных пролетах.
Глубина погружения нижнего конца стоики в гр?нт
быть достаточной для возникновения пассивного давления,
ного уравновесить силу S=0,5qh. ' - с’
При наличии в котловане гр У нтовон
случаи: 1) вода удалена до уровня на 1м и иже®еРДе4
2) установлены верхние
ниже второй распорки, считая евч у, / .
спорки;
нт и вода удалены на 1 м ниже третьей распорк„
4) котлован полностью вырыт и осушен.
расйиркп. а гру
считая сверху;
Пример 7.3. Рассчитать элементы крепления стенок котлована глубиНой
H—2Q м. вырытого в плотном песчаном грунте с расчетным удельным вССо*
у=18 кН ч3 п расчетным углом внутреннего трения <pi 40, если стойк»
расположены с Шагом /=1 м, а число их пролетов по высоте п = 5 (см. рИ’<1'
Г 24 б) Распорки устанавливаем через /р—_ 3 м чтоль оси котлована.
Приняв эпюру давлений грунта по К. Флаату, при Ха — tg2 (45 —40°;2)
=0.21“ найдем расчетную интенсивность нагрузки
<7 = 0 65-/ // = 0,65-18-0,217-20 = 50,778 кПа.
* । 3
При /?= 1,5-10‘кПа требуемая толщина досок-затяжек
5 «= / }!3qTR = 0,5-1 УЗ-50,778:(1,5-104) = 0,0504 м « 5 см.
Расчетные пролеты неразрезной стойки и вылет ее консоли:
h = Н(п 4- 0,162) = 20:5,162 = 3,874 м;
Л-= 0,808Л = 0,808-3,874 = 3,130 м;
Ло=0,351А = 0,354-3.874 = 1,371 м.
Расчетные выравненные изгибающие моменты во всех пролетах и опорах
Мта х = 0,0625?Л2 = 0,0625 • 50,778 • 3,8742 = 47,629 к И • м.
Приняв в качестве стойки трубу внутренним диаметром с?=200 мм с
толщиной стенки 6=10 мм из стали С38/23 с расчетным сопротивлением из-
гибу 7?=2,ЫО5 кПа и введя коэффициент условий работы тп = 0,75, найдем
момент сопротивления поперечного сечения трубы и наибольшие нормальные
напряжения:
IT - -0(do + 8)2;4 = 3,14-1 (20+1У:4 = 364,185 см’;
стах - -47,629:(0,75-346,185-10~6) =
— 1,834-10’ кПа < /? = 2,1 - 10s кПа.
™=Л.Тетные усилия- предающиеся на продольные пояса:
верлнни
Ро — 0,854qh — 0,854-50,778-3,874 = 167,99 кН;
промежуточные
Р = ^А== 50,778-3,874- 196,71 кН;
предпоследний
- 0,9545?й - 0,9545-50,778-3,874 - 179,22 кН;
нижний
Рз - 0,354?Л - 0,354-50,773-3,874 - 69,64 кН.
дальимпХВЫравненный изгибающий момент в неразрезных балках про-
ЛГтах-^/р:6 = 196,71-3:6 = 98,365 кН-м.
158
„Л'-’Е"? "°”"’ ................... »
«S-tt.IM.I.»’,-,.»» . - ж
Принят двутавр № 36 с моментом сопротивления Т-7Р <-«’
Расчетные усилия в промежуточных распорках 7
S — Р/р =. 196,71.3=. 590,13 кН
Приняв для распорок трубы с d=200 мм и 6 = 19 мм из ст-- А 23
с расчетным сопротивлением сжатию Я=2Д-10* кПа, найдем момент
ции, площадь и радиус инерции поперечного сечения
7 =71 (dQ + &)3:8 = 3,14(204-1)31,0:8 = 3634,94 см*;
л = л (dQ 4- г) г = з, 14 (204-1) 1,0 = 65,94 см2;
г = VJM = У3634,94:65,94 = 7,425 см.
При длине распорок L=9 м их гибкость
Х = £/г = 900:7,425 = 121,21.
Этой гибкости по СНиП П-З—77 соответствует коэффициент, учитымж>
щий продольный изгиб, <р=0,442. Условная гибкость распорки
Г= X = 121,21 |2,1-105:2,1-10* = 3,832.
> распределенного собственного веса распорки д=УеЛ =
0,518 кН/м расчетный изгибающий момент
М = #/2:8 = 0,518-92:8 = 5,245 кН-м.
= 78,5-65,
Относительный эксцентриситет
еА МА 5,245-65,94-106
т = — =---------=---------------------
IP SIP 590,13-364,185-10*
Из СНиП 113—77 по интерполяции находим <р(вя)=0,512 и так как оэ
оказался больше, чем <р=0,442, то расчетным оказывается последнее згаче-
ние <р:
а = 3:(?Л) = 590,13: (0,442-65,94-10“4) = 2,025-105 кПа < R =
= 2,1-105 кПа.
Расчет анкерных тяг и плит. Требуе-
мую площадь нетто А поперечного сече-
ния горизонтальной анкерной тяги оп-
ределяют из расчета на растягивающее
усилие S, передающееся на анкер от по-
ясов или свай. При этом должно быть
удовлетворено неравенство
S/A^R, <7-38^
Рис. 7.25. Зависимость ко-
эффициента V ог отнесе-
ний полного заглубления
hi к высоте ЛОд анкерной
плиты
где R —расчетное сопротивление стали, приме-
няемой для анкерной тяги.
Необходимую длину тяги опреде-
ляют из условия, чтобы плоскости
раждением п перед анкерной Пп
собой. Так как первая из этих Ш1
лу давлению, а вторая — пассивному
стен к вертикали соответственно раа’
Ф — угол внутреннего трения груНт
(см. рнс. 7.19, а) находят требуеМую
скольжения в грунте за о
той не пересекались между
костей соответствует активно;
то \г.1ы наклона этих плоско
ны: 4о°—0,5<г » 45°+0,5(f. где
Исходя из этого^условия
длин у а нк е р и о и тяги
£>(Л0 + + л2) F'ха л<|Рп. (7.39)
Устойчивость заглубленной в грунт анкерной плиты про-
веряют по неравенств}
*н5^ф(<?,',-Qnc)-<?+ (7.40)
<2ПС = °>5?хп < (7.41)
де ци _ коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2 — для ненапрягаемой
тяги и 1,0 —для напрягаемой;
S — расчетное усилие н анкере;
^ — коэффициент, зависящий от отношения (рис. 7.25);
q't Qa _ горизонтальные составляющие равнодействующих пассивного и актив-
ного давлений грунта за анкерной плитой в пределах ее полного заглуб-
ления Л4;
Qnc — снижение- равнодействующей пассивного давления в случае, если длина
анкерной тяги принята меньше требуемой;
Лэ —глубина, на которой происходит пересечение плоскостей скольжений.
При устройстве анкерных плит с разрывами между ними
учитывают работу грунта между плитами.
Пример 7.4. Рассчитать засыпное анкерное крепление исходя из условий
примера 7.2, в котором найдено расчетное анкерное усилие 5 = 229 766 кН.
При расчетном сопротивлении стали растяжению 7? = 21-104 кПа необ-
ходима площадь поперечного сечения анкерных тяг
Л = 5//? = 229,766:21-10* = 0,00109 м2=10,9 см2.
. Принимаем полосу 60X20 мм с Л = 12 см2. При высоте сплошной анкер-
ной плиты йпл = Ь м, длине 6=1,5 м, глубине погружения в грунт подошвы
м требуемая длина анкерной тяги
£ _ (Ло -u А] + AJ у ,.а + у хп „ (2+5+3) ]Л),282 +
+2,5 1;3,537 = 10,069 и.
формАмеИ(7Вад)ТЬпоиКго₽—1ПХЯ91ЛИТ’ у?оженных бсз промежутка, проверяем по
=25' 0=25 Knovp ™Z°' 2’ ВЗЯТ0И по г₽аФикУ (см. рис. 7.25) и (Л.=
,o.i,и z,o. кроме того, находим величины: '
<?а = 0,5;Za h\b + p\a h4b = 0,5-18-0,282-2,52-1,5 +
+ 1,2-20-0,282-2,5-1,5 = 49,174 кН;
Q" = 0-5p.„A2 6 = 0,5-18-4,78-2,52-1,5 = 403,313 кН.
табл. 4.3 П™ ем Кдв&^е”нтспполяпиГО давления >-„=Хпр=4.78 найден по
плитой б=0,25ф. терполяции для угла трения между грунтом и
160
Сумма анкерного усилия „
тыльную часть плиты ,e!i
Условие устойчивости анкерной плиты <-,✓
„ли 1.2-229,766 < 0,82-403,313 — 40 174 „
’ ’ 44,174 или /75 719
о;
Расчет буровых анкеров Анке™
скважинах (рис. 7.26), рассчиХХ^Х^i
V-ft„SZa:«>sa, ' ,
где kn коэффициент надежности, поинимаеимй i -
3 - усилие, передающееся от горизонта ,ьи^ 1 Х
/а — шаг анкеров; Р ' ‘ ьных поясов, сваи или пптуитте;
сс угол наклона анкера к горизонту.
Несущая способность Р6 бурового анкера по прочие,
его заделки в грунте обусловливается силами сопаХ- -
сдвигу по боковой поверхности его рабочей части:
Р6 = 'пи2'п/М/, 7.Г.,
1=1
гд.е tn коэффициент условий работы анкера, принимаемый раз-ым
нице;
и — периметр, определяемый по диаметру скважины или ииъааэовж •
зоны;
rnf— коэффициент условий работы грунта по боковой поверхно ра-
бочей части анкера, принимаемый по табл. 5.3; *
/i — расчетное сопротивление сдвигу боковой поверхности раб че’: i-
сти анкера по t-му слою грунта, принимаемое по табл. 3.1;
li — длина участка анкера, находящегося в i-м слое.
Несущая способность анкера с уширением в рабочей час-
ти, а также инъекционного анкера повышается за счет соорстиз-
ления грунта основания по лобовой части анкера. При этсм рас-
четный радиус рабочей части инъекционного анкера (приближен-
но)
Я = У[(1+^)
где е — коэффициент пористости закрепляемого
грунта;
V _ объем раствора, инъекцированного в
грунт;
I — длина рабочей зоны от забоя до уп-
лотнителя-
Несущая способность грунта по лобог
вой части анкера с уширением или
инъекционного
= (Bfli + Dc)A, (7.45)
Рис. 7.26. Коестругпгааат
схема бурового анкера «
треугольник действующжх
сил
151
где mR — коэффициент
по лобовой поверхности
по табл. 7.3;
условий работы грунта
анкера, принимаемый
6 —68
В, D — безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл. 7.4;
Y — удельный вес грунта;
h — глубина заложения центра лобовой части уширения;
с — расчетное значение удельного сцепления грунта в рабочей зоне;
А — рабочая площадь уширения за вычетом площади поперечного
сечения анкерной тяги.
Несущая способность анкера может быть установлена
экспериментально во время строительства путем наклейки
датчиков сопротивления на анкерные тяги и доведения анкеров
стопорными установками до предельной несущей способности РПр-
После статистической обработки результатов экспериментов несу*
щая способность анкера
где т — коэффициент условий работы, принимаемый равным 1,0;
^пр нормативно? значение предельной несущей способности анкера, которое на-
ходится по результатам испытания анкеров, проведенных в одинаковых
грунтовых условиях и обработанных статистически по методике, рекомен-
дованной ГОСТ 20522—75;
«г - коэффициент безопасности по грунту, устанавливаемый по СНиП П-З-П
для односторонней доверительной вероятности а «=0,95.
Поперечное сечение анкерной тяги и стопорного устройства
подбирают исходя из расчетного сопротивления их материала.
__ IZQBQ
СООРУЖЕНИЙ
8.1. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ
Необходимость в усилении фундаментов эксплуатируемых зна-
нии и сооружении возникает в случаях: 1) увеличения нагруТк
на фундамент при надстройке здания или установке более тяжело-
го оборудования, 2) разрушения кладки фундамента под действи-
ем агрессивных сред и других воздействий; 3) снижения несущей
способности грунта под фундаментом при изменении уровня грун-
товых вод, суффозии или набухания их.
Фундаменты усиляют непосредственно под эксплуатиру-
емым сооружением, что связано с серьезной опасностью для его
устойчивости и трещиностойкости. Поэтому принятые методы уси-
ления должны в минимальной степени вызывать в нем дополни-
тельные деформации, вибрации или толчки. По этой причине не
рекомендуется подводить забивные сваи или сваи, погружаемые
мощными вибраторами, или же применять мощные трамбующие
механизмы.
Нередко на одном и том же объекте приходится одновременно
применять разные методы укрепления фундаментов и грунтовых
оснований.
В ряде случаев оказывается достаточным усилить немногие
фундаменты старого здания, которые подвергаются наибольшей
опасности при строительстве рядом с ними нового сооружения н
не распространять мер подкрепления на фундаменты, находящееся
за пределами опасной зоны. е
Усиляют фундаменты эксплуатируемых сооружении составам-
ми и корневидными сваями (буронабивные сваи ольшого . -
метра см. в гл. 3), а грунтовые основания укрепляют инъек
""^Усиление фундаментов. Иногда
крепить отдельные снаружи. В таких случаях не-
ния, к которым нельзя подобраться снару составные
пользуют бУРонаб"в''тонны " Секций вдавливаемых в грунт, а ра-
из коротких железобетонных секции, а
6*
боты ведут из по хвалой нлн .птолен минимального сечения, 11СПОль.
ЛУЯГ ы е'Ждваметром Ю-120 см и дЛИ110Й
»п Г ппнменяют когда нагрузка от подкрепляемых сооружений и‘°
?я'тР есятками'"сотнями тонн. Их устройство требует тЯ£
'того оборудования, устанавливаемого на открытых площадках, ,а
•тоететами сооружения, для которого они предназначены.
Нагрузку на такие сваи передают с помощью стальных иЛи
железобетонных балок больших сечений, которые подводят под
фундаменты существующего здания и опирают на головы вновь
устроенных свай.
При этом используют гидродомкраты различных типов и под-
кладки, посредством которых нагрузку переводя! осторожно и
ме тлен но, не вызывая опасных деформаций старых зданий.
Укрепление грунтовых оснований. Необходимость в укреплении
основания под существующим сооружением, которое ранее эксплу-
атировалось в течение многих лет без каких-либо деформаций, воз-
никает чаще всего при подъеме грунтовых вод и появлении проса-
док лессовых грунтов в основании. То же наблюдается, когда в
верхней толще основания лежали прочные грунты небольшим сло-
ем, которые обеспечивали устойчивость старых фундаментов, а
при надстройке здания возникли опасные напряжения в лежащих
ниже слабых грунтах.
Разработка котлована рядом с существующим зданием м о-
жет вызвать выдавливание плывунов и слабых глинистых гран-
тов из-под фундаментов; эти же деформации могут возникнуть при
устройстве нового котлована ниже их подошвы.
Укрепление грунтовых оснований с помощью инъекций
жидких минеральных или органических реагентов, твердеющих в
порах грунта и превращающих его в твердую, водонепроницаемую
массу, применяется главным образом под отдельными фундамен-
тами или по контуру защищаемого сооружения. На больших пло-
щадях грунты закрепляют очень редко ввиду большой стоимости.
Однако па уникальных, особо важных объектах при отсутствии
альтернативных решений приходится идти на весьма большие
объемы закрепления. Так, под Асуанской плотиной в Египте объ-
ем закрепленного грунта составил около 1,5 млн. м3.
Разборка старой кладки. Часто возникает необходимость пол-
ной разборки фундамента и замены его новым. Разрушать старую
кладку ручным пневмоинструментом не рекомендуется ввиду его
невысокой производительности и большого шума при работе, не-
допустимого в эксплуатируемых жилых зданиях.
есшумно и безопасно можно разрушать с помощью ми
. ошков, обладающих способностью к сильному vse
личению объема при увлажнении. Дело в том, что гидратациями-
^™«”Ществ’ как напРимер, негашеная известь или сернокислый
гиппот пРиа°Дит к их кристаллизации и образованию кристалл0*
™хого°материалаК0Т°РЬ1Х значительно превышает объем исходного
164
Порошок С-Мите,
25 — 30% (по массе) вод,
бен развить в замкнутом
более 30 МПа. Если такой'с ^
в старой кладке, то растрескив
заканчивается через 24 ч п “ .
на отдельные блоки. Р скалываниеч
Шпуры диаметром 40 м
применяемый в Ян
и тщательной ' v* *** е
’’Ростраиствр Г
смесью заполнит»’ 1?И рз lI,HPeiWw
-ггзаиис на \ ”"УРЫ-лргХ>?г-"ы«
Раскатываниеч'-Х'" ' ' 'И ‘° ‘ "
Разрушаемого
ОТ друга в горных породах'й бетоне в ''0~fj0 с“
th, II на расстоянии 25—50 см в -ависимости от их твердое-
После разрушения бетонной иассы an«^*TW”4,x "’“'«W*
режут газопламенной гореткой ’ рма1УРУ перекусываю: идя
Для разрушения старых конструкций нахо1я.
трубчатые алмазные свеп тясЛ нахадя- лримеж -
к другу сквозных шпуров по прямохт^ющТХт^ГТ -
эдвУ крупностью 0 5 Л7П0-1Ьзуют коронки из синтетических ал
зов ^крупностью U,□—0,7 мм на металлической связке г .
каро"да при окружной скорости 2—5 м/с с водяным ох.тажд*
При обнаружении трещин или пустот в существу?
фундаменте, в них нагнетают через скважины небольше го . >
метра цементный раствор или смесь эпоксидной смолы с отверди-
телем. Если трещиноватость большая, фундамент окружают ме-
таллической обоймой со сварными швами, которая не позволяет
нагнетаемому раствору растекаться по сторонам. Так как в слу-
чае цементации старых фундаментов нельзя под большим дава-
нием подавать раствор, необходимо тщательно следить за п кд --
ниями манометра и появлением раствора из трещин.
8.2. СВАИ КАК СРЕДСТВО УСИЛЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
При устройстве транспортных сооружении в стесненных ус. . -
виях городской застройки наиболее надежный способ усилен
фундаментов эксплуатируемых здании и других объекх в
подводка свай составных, корневидных, свай-инъектогив.
Составные сваи. При устройстве свай по обе стороны
емого участка отрывают шурфы таких размеров, что< ы
ло безопасно извлечь грунт на 1,6-17 м ниже подошвы старого
фундамента. Потошву очищают и прижимают <. ы. уоь; сто
ках распределительный железобетонный олок (эле тел Пло.-
pciciipLAL.i >П1|пп1пг поем быстротвердеюшего цемен.-
ность прилегания ооеспечиваюг слоем л {Lvu,^V(PUTq v-там 'вли-
ного пчетаопа На тио котлована под осью фундамента
ноги раствора, па д прГпием вниз в строго вертикальном
вают нижнюю секцию сваи cip»ieл пп-кшК\’ на которой
положении, на нее кладу < Ппомежмток между плунжером дом-
располагают Г11др(>д°'|кра • ПР' зап0;1ня!О'г сальными
крата и низом Р‘1СПР^е-^ ,ь в вышерасположенный фучда-
прокладками (рис. 8.1). ° *
мент домкрат вдавливает нижнюю сек
цпю сваи в грунт на всю ее длину. п0 '
ле этого домкрат снимают вкладываю,,
соединительный штырь диаметров,
37,5—50 мм, на него насаживают одНу
из’следующих секций сваи и погружение
продолжают. При сборке между торца.
ми смежных секции укладывают тон-
кие слои цементного раствора.
Когда свая будет погружена на
проектную глубину, усилие домкрата
доводят до расчетного значения и За,
полняют промежуток между распреде-
лительным блоком и оголовком сваи
железобетонными и стальными проклад-
ками (подпорками). После этого дом-
крат убирают, а на его место укладыва-
ют бетонную смесь и засыпают шурфы
песчаным грунтом. Расстояние между
сваями по оси фундамента принимают
не менее 1,3—2,0 м. Такие сваи приме-
няли в Италии.
Нередко домкрат^ вдавливающий
секции свай, не во что упереть сверху,,
так как плита или балка, которая долж-
на передавать нагрузку на головы под-
водимых свай, сооружается после окон-
чания свайных работ. В таких случаях,
например в Швеции, применяют пере
движной домкрат на мостовой раме, ко-
торый подвозят на место работы и за-
тем крепят раму к грунту с помощью
буровых анкеров (рис. 8.2).
Короткие секции подводимых свай сое-
диняют между собой различными замка-
ми, чаще всего с помощью стальных обо-
йм, продольных и поперечных штырей-
При усилении фундамента стены с нагрузкой более 400—500 кН
на 1 м длины сборные (составные) сваи устраивают в два ряда
по обе стороны фундамента. Такое расположение традиционно при
использовании набивных свай, устраивать которые неудобно под
подошвой фундамента (рис. 8.3).
Сваи-инъекторы. Подводка свай дает наибольший эффект, ког-
да их концы опираются на прочный опорный слой — скалу, твер-
дые глинистые грунты, плотные пески. Однако это далеко не всег-
да осуществимо и если прочные слои лежат очень глубоко, ю
надо использовать сваи с уширенной пятой, среди которых для
работ по усилению существующих фундаментов особый интерес
представляют набивные сваи-инъекторы [9]
Рнс. 8.1. Составная свая
из коротких секций под
фундаментом:
/ — подошва фундамента; 2 —
распределительный блок; 3 —
подкладки; 4 — гидродомкрат;
5 — головная короткая секция
(оголовок); 6 — основные сек-
ции; 7 — соединительный
штырь; 8 — нижняя секция
166
Для устройства такой сваи I,
НОЙ трубой, состоящей из отлещи^.М) Г,у₽’,т Бажину ГИ5СЯД
доводят до слоя водопроницаемо "ХгпКОр(л*и* Ст
лению инъекцией химических реХ, ^"3’ и • -
садпую труоу вставляют трубку ин^Х^"* •*»«««*< В\в-
грунт (с перфорированным нил/нимХвП0"а',и ! ’
после чего нижнии участок обса пюи - - И аРматУРиь1й каркас,
смесью, образующей пробку рпкпгг „ РУ0Ы запо-™яют бе~
инъекции. у J иодающей tj г . >
В средних и крупных песках для сст^и
закрепленного грунта использую! метолДа“и/уШиренно'
л икатизации. При этом в гпиит двУхрастворнол си-
жидкого стекла и раствор хлористого Л1ередно нагне'гают растзор
телем. Реагируя между собойРОни обпЛ^ЦИЯ’ служащий тверди-
твердого закрепление<J г у™ Д
сваи на большую площадь основания. После\тогГприступа"А
устройству ствола сваи, путем заполнения скважины С 1
смесью с одновременным извлечением обсадной трубы
Крупнообломочные и гравелистые грунты закрепляют цемент-
ным раствором (после предварительной промывки закрепляв-
мон зоны водой) через инъектор под большим давлением В гз-
ной трубой, состоящей И .С®аЛ. (.рис-
>емя
чальнои стадии нагнетания цементного
промывкой грунт происходит ин-
тенсивное перемешивание в тур-
булентном режиме, а затем в
грунте образуются небольшие тре-
раствора в разрыхленный
щины, куда проникает цементный
раствор.
В результате закрепленный
объем приобретает неправильную
форму, но после затвердения ра-
створа образует прочную уширен-
ную пяту для ствола сваи.
Корневидные сваи1. Эти сваи
распространяются в разных от-
раслях строительства главным об'
разом при усилении ф)нда^-
ментов эксплуатируемых здании
и сооружений. Основное досто-
инство корневидных сваи
малые габариты механизмов, ко-
торые можно разместить в подва-
лах и штольнях высотой порядка
I Подробный доклад об использова-
нии корневидных свай за рубежом про
читан проф. Г. Брандлем на * импозиу
ме-79 в Москве. Отечественный опыт
опубликован [18, 55].
Рис.
крат,
82. Передвижной гндродом-
крепящийся к грунту анкера-
ми:
мостовидная рама домкрат*. - —
3 — домкрат: « — од-
первая нижняя сед-
6 — тяж аааег*
1
головка анкера,
хладные диски: 5 —
ция составной сваи:
167
Рис. 8.3. Фундамент, укрепленный
буронабивными сваями:
/ _ существующий фундамент, 2 по^
перечные балки; 3 п2д1дЛагпгит- 6 —
набивные сваи; 5 — слабый грунт,
твердый грунт
Рис. 8.4. Свая-инъектор со сформи-
ровавшейся уширенной пятой:
/ — трубка ннъектора; 2 — арматурный
каркас сваи; 3 — обсадная труба; 4
бетонная пробка ниже уровня грунтовые
вод; 5 — инъецируемая зона уширенной
пяты
1,8 м. Как правило, устройство корневидных свай не требует де-
монтажа оборудования, установленного в здании. Поскольку го-
ловы корневидных свай заделывают обычно в существующую
кладку фундаментов, отпадают работы по сооружению ростверков
(рис. 8.5). Но трещины и пустоты в старой кладке нужно предва-
рительно заделать цементацией.
Корневидные сваи применяют также для создания свайных
стен в грунте в целях обеспечения устойчивости фундаментов
эксплуатируемых сооружений, вплотную примыкающих к глубо-
ким котлованам. Для этого используют сваи малого диаметра,
расположенные близко друг от друга. Грунт между сваями про-
питывают цементным раствором и уплотняют или же специально
укрепляют инъекциями различных химических реагентов. В
результг г сваи и окружающий их плотный и прочный грунт обра
ТН>Ю ЖесТКую СТСнУ> способную выдерживать боль-
чипяют\пио1Т1Ь11Ь1е нагрузки- ОбщУю устойчивость стены обеспс-
пр vRpjiuuPMtPa гИ гЛИ РаспоРками> которые устанавливают по м<‘;
стены b a mpnvnHHbI котлована> разрабатываемого под защитен
ван hr пп<шр£гчДУ РежДения осыпания и вывалов грунта в котло-
покрывают спормК°В меж^У ‘ваями, наружную поверхность стсн^
вана шприц-бетона по мере углубления котло-
168
рис. 8.5.
Фундаменты, усиленные
тие (1) и
а — фундамент здания; б —
на ежа-
корневидными сваями, работающими
на растяжение (2):
опора виадука; в - подпорная с-еиа
Строгой теории расчета стен в грунте из корневидных свал
пока еще не г. Если грунт между сваями надежно укреплен инъек-
циями, то с гену можно уподобить железобетонной плите, в кото-
рой роль бетона играет укрепленный грунт, а арматурой служат
корневидные сваи. Нужно иметь в виду, что если расстояние меж-
ду параллельными рядами свай неодинаковое, то в средней части
стены может образоваться ослабленная зона из неармированного
грунта меньшей прочности, что существенно уменьшит ее способ-
ность сопротивляться изгибу.
Стена в грунте из корневидных свай обладает значительней
жесткостью, превышающей жесткость металлической шпун-
товой стенки. В этом отношении она приближается к бетон?: й
стене в грунте. При /
одинаковом расположе-
нии распорок или ан- -
керов по высоте и дли-
не такой стены проги-
бы ее будут значи-
тельно меньше, чем у
шпунта. В связи с этим
нижняя часть степы,
заделанная в грунты
ниже отметки дна кот-
лована, может переда-
вать им большую на-
грузку, чем гибкая
шпунтовая стенка. Од-
нако при расстояниях
между сваями больше
чем 3—5 диаметров в
свету и в несвязных
грунтах, каждая свая
сваями большого диаметр а
Рис. 8.6. Сооружение, усиляемое бурова-
бивными сваями большого диаметр 1
стеной в грунте из корневидных сзан:
/ - первый этап работ (штриховой линией по-
казан проектируемый подземный переход; Ь
нябпт- 1 — буронабивная смя; 2 —
ок°нча,П1® Р ’ DyeMoro сооружения; 3 — вре-
колонны эксп.-у* РЗ устройства корневидна
менная штольня для корне1ииРны, с.
С ' Тошная железобетонная балка, годвед-
5 *”Лп фундаменты колонн уенляемого соор'-
ная под Ф>Н^Г'О1ЬНЯ> превращенная в верхя;
™сть стены в грунте из корневидных свай: -
анкеры
Таблица 8 j
ж^итяментам из корневидных свай Сводные данные по фундаментам _
Объект Свая Число сваП Расход материалов, т Стои- мость ОДНОЯ спаи, Р>б.
Диа- метр, мм Длина, мм Арма- тура — число и дна - метр, мм Бенто- нит Це- мент Арма - тура
Строительство клуба 150 20 6 Ф14 200 35 20О 31 553
в Москве Усиление корпуса за во- 150 24 1 Ф40 527 195 895 175 681
да МЭЛЗ в Москве Усиление МХАТ имени 132 18 1 Ф40 384 107 452 95 475
Горького в Москве Усиление а министра- 130- 15 6 Ф16 468 80 520 284 440
тивного здания ВЦСПС 150 •
в Москве Усиление гостиницы 150 12 1 Ф40 505 70 305 75 342
«Бухарест» в Москве Строительство пансио- 150- 15 6 Ф20 552 120 813 394 435
ната в Ялте 190
Строительстве; здания техникума в Москве 190 18 2 Ф25 91 17 100 13 950
работает отдельно и сопротивление изгибу уменьшается.
Иногда подводку корневидных свай, обычных буронабивных, и
стен в грунте проводят в сочетании друг с другом, причем произ-
водство работ в этом случае распадается на несколько этапов.
Например (рис. 8.6) при устройстве в ФРГ подземного перехода
под эксплуатируемым старым зданием в непосредственной близос-
ти от вновь возводимого сооружения, сначала устроили стену в
грунте, а затем из штольни, пройденной под зданием, устроили
корневидные сваи, а над ними бетонный фундамент. И наконец,
под колонны здания подвели мощные железобетонные балки с
помощью которых нагрузку передали слева на обычную стену в
грунте, а справа на новый фундамент, опирающийся на стену’ в
грунте из корневидных свай.
Ьезростверковыми конструкциями пользуются при усилении су-
ществующих фундаментов, путем бурения скважин прямо
сквозь парую кладку так, чтобы длина заделки была в 5 раз
гтпЛ™! диаме гРа скважины. Ростверки устраивают как при новом
пппиипД^СУВС тРаЯспоРтных сооружений, так и при недостаточной
по пятг пгЛаР°И ФУндаментн°й кладки. Из сводных данных [18]
корневидной 8видно, что средняя стоимость одной
вали на ХЛ С0СЛавляе1 485 РУб; В течсниие месяца уст раи-
та в Кгн mv °Т Z Свай’ При строительстве пансиона-
Крыму скважины оурили станками ЬВ'-2 и СКБ-4 а
других объектах станком СБА-500.
170
81 закрепление грунте».
ГРУНТОВ ИНЪЕКЦИЯМИ
Метод инъекций состоит в той ,
вого «снования с помощью пер Д’*™ Д и т?.,;., ... ....
екторов вводят под Давлением паетИ(? Нны’[ ста-
ладаюшие малой вязкостью и химиче«их реагентов ?/,.
инъектор грунт на расстояние в necZ® "р0Никать в Гу*РУ*зюшв
Реагенты заполняют поровое поостпаиД д«сятю» сантиметр»
“I.р, StiFSXaBS
,,™= . гст „у.
«ми и я лям и я мы г^„.,„ДСН0Ван“й под существующими сооружейи-
способами невозможно или тэеб-Z Г-.
также когда необходимо приостановить
котлованы и подземные выработки
ями и зданиями другими
шком больших затрат, а
приток грунтовых вод’ в
24].
Инъецировать можно
пределах 0,2—80,0 м/сут,
кость рабочих растворов
грунты с коэффициентом фильтрация в
т. е. от супесей до крупных песков. Вяз-
ан п - т-4 соизмерима с вязкостью воды и ?
лется от 0,2 до 0,о Па-с. Чаще всего укрепляют инъекциями во-
донасыщенные супесчаные, пылеватые и мелкопесчаные грунты —
плывуны, а"также крупнопористые лессы. Ил, суглинки и глины,
ввиду малой проницаемости, непригодны для укрепления этим !е-
тодом.
Тампонажное закрепление крупнообломочных и трещин.затых
скальных пород, распространенное в гидротехническом строитель-
стве, в транспортном строительстве применяют редко.
У крепление грунтов и н ъ е к ц и я м и довольно гибкое, так как
позволяет нагнетать укрепляющие растворы именно в те зоны ос-
нования, которые в этом нуждаются, например, в слои плывуна.
С помощью инъекций можно значительно увеличить несущую спо-
собность основания при увеличении нагрузки на фундамент. Инъ-
екциями можно создать водонепроницаемую завесу, которая пре-
градит путь грунтовой воде к тоннелям и другим подземным вы-
работкам. Все эти работы производят без раскрытия котлованов
и выемки груша [53] с минимальным повреждением или переул-
ками эксплуатируемых конструкций (рис. 8.7).
Физико-химическая сущность химического укрепле-
ния грунтов состоит в том, что жидкость, козсрая
ставлять собой истинный гомогенный раствор молекул .-снсьн.:
крепителя в воде пли полуколлоидальныи раствор содержащий
вместе с отдельными молекулами их агрегаты (зо..ь), vР *?<
нта под действием другого реагента-отвердителя подве
™ л,
стояние геля, фильтрация. а лаге»
лизуется вся вода, И Р структурой геля, грунт превращается в
по мере набора прочности стру ур г-
камневидную массу.
___Г^пТс всего используют сили-
-------------------------—_.TV кпепитслси чат см0лы, а также вод,
в качестве ^”ОВВс’кло) пли ^Р^мснные неорганические н
каты (Раств0Р'Хнсральных соле1*’.., Активные газы. В некоторых
ные растворы минера д химнчески а’ е соли способные вц.
да&В ....
Ориентировочна , go. .„пппляюшнм реагентом при
вет""”“ ’ “
вСего используется на р
450
.. ... репляемого И2п>ем1иями> и расположепис ипъ-
оружений (примеры)- ...........в эксплуатируемых со-
«•«ъецирования rppira; _ ПесоК; 4 - груба-
° — тоннель, I—V — ,ю
135,09
132,00 Л 3
Рис. 8.7. Формы зон грунта, закрепляемсяw п.. -----------
екционных труб при работах по укреплению фундаментов
оружений (примеры):
/— ««крепленный грунт; 2— трубы для и.. ----- .;
5 — моренный суглинок; 6 — глина; 7 — плывун; 8 — подвал; 9 — 1
следоаагельность установки труб для инъецирования
172
Рецептуры д; 4.2
Компоненты смесей • Плотность раствор,, г,см* CooTNo,n«w«a I Объему 1
। • Силикат натрия Na О п SiO2 Кремнефтористоводородная кислота H2Si-F6 2- Силикат натрия Na2O-n S1O2 Аммоний сернокислый (nH+scu — 1 WfU
1,25-1,3 1.08- 1,1 1,19 1,035 - Г 1 о—о 0,7-1.0 1,0 0,8-0,70 40-12 30-90 2—4 0.25
силикатныи модуль жидкого стекла, который представляет '
отношение числа граммолекул двуокиси кремния к числу -----
лекул двуокиси натрия (в процентах), т е.
у грамме
SiO-
п = ЙО 1 -0323.
Промышленность выпускает растворимое стекло в виде сил -
ката-глыбы — твердого аморфного стекловидного вещества жел-
того или зеленоватого цвета с силикатным модулем от 2,7 до 3.5
или в виде концентрированного водного раствора. Силикат-глыб’
необходимо разваривать в воде в автоклавах при температуре от
+ 140 до 160 С. Водный раствор силиката (жидкое стекло) плат-
ностью 1,4—1,5 г/см3 поступает в цистернах или бочках.
Двухрастворную силикатизацию применяют для прочного ук-
репления крупных и среднезернистых песков рыхлого сложения
или для создания водонепроницаемых завес в этих хорошо фильт-
рующих грунтах.
Чем больше коэффициент фильтрации песка, тем более высо-
кой может быть плотность рабочего раствора основного
крепителя:
Коэффициент фильтрации песка,
м/сут....................... 2—Ю
Плотность рабочего
раствора жидкого стекла при
+ 18°С, г/см3.............1,30—1,30
10-20
1,38-1,41
20-80
1.41-1 44
силикатизации
В качестве отвердителя при двухрастворнои
испоп. з^ют хлористый кальций СаС12, который выпускается сро-
используют хлористый *а комков, легко растворимых
мышленностыо в виде твердых ое. • катыгия 1 —
в воде. Плотность рабочего раствора хлористого кальция ...с
''“м™ „Ликат»» «.„и «
геля кремнекислоты nSiO2(m— 1)Н2о
И приводит к образованиител я дальнейшем проНсХОД ™
и гидрата окиси кальция
дующая реакция:
пСа (ОН)а 4- CaCh + ЛО - nCaO-CaCI,-«НгО,
бтагодаря которой образуются оксихлориды кальция, способству.
очередно по мере опхсканиия или подъема инъектора. Реакция
х ежтт ними в порах грунта происходит мгновенно и грунт сразу
набирает прочность. При испытаниях; на одноосное сжатие пре.
дел прочности колеблется от 1,5 до о,/ х 11 а.
Однорастворная силикатизация не позволяс. дс 5и ься высокой
прочности. Ее применяют, в первую очередь, для придания грун-
там водонепроницаемости и устранения плывунных свойств. Она
основана на введении в грунт двухкомпонентного раствора малой
вязкости, пригодного для обработки мелких песков и плывунов с
коэффициентом фильтрации 0,2—1,0 м сут.
Известно много рецептур для однорастворной силикатизации,
в составе которых присутствуют отвердители замедленного дейст-
вия и реакция гелеобразования проходит в течение заранее задан-
ного промежутка времени. При этом исключается преждевремен-
ное отверждении растворов в трубопроводах и инъекторах и дости-
гается эффект укрепления грунта в намеченные проектом сроки.
Прочность закрепленного грунта зависит от состава раство-
ра. Наибольшую прочность дает раствор с кремнефтористоводо-
родной кислотой H2SiF6. Раствор с сернокислым аммонием не дает
прочного закрепления и его используют главным образом для при-
дания водонепроницаемости.
Между силикатом натрия и кремнефтористоводородной кисло-
той происходит реакция:
NaxO-nSlOa 4- H2SiFe 4- ЗН2О -> 6NaF 4- 4SiO2 4- 4Н2О.
Количество геля кремнекислоты увеличивается за счет того,
что Si входит и в состав отвердителя. Прочность укрепленного
грунта при этой рецептуре достигается наиболее высокая по
сравнению с другими.
дит^рееакцияИЛИК2Т0М Натрия и сеРнокислым аммонием происхо-
NaiO-nSiOa 4- (N’H4)2SO4 -> nSiO2 4- Na2SO4 4- 2NH3 4- 2H2O.
пользоватьаргпРепаКЦИг РастзоРа второй рецептуры позволяет ме-
сти укоептеннпгп *арб°НаТНЫХ гРунтах- Ввиду невысокой прочно-
цептуоы * порш груита оснс>вная область применения этой ре'
При газовой гмВ?аЩеНИе (закРепление грунта) плывунов.
кислый газ СО и п икатизации в грунт поочередно подают угле-
2 р створ силиката натрия плотностью 1,09 г/см .
174
После растворения в груитпш.й
ликатом: f уНтовой воде углекис,Wa
Н.о + UO2 -> Н2СО3; Na2O nSlOo он rr
^ + 2H2CO,-..2N,(IfjO, „ЗЮ,, но
т. е. связывает щелочной комп
увеличению кремнеземлистого молХ ^И'1иката; а л-< приводит к
ем геля кремнекислоты, цемент»»! коагУляции с г,б?а1г.ваии-
способом можно укреплять грунты cP»n'?“ero гРуят Таким
от 0,1 до 20 м/сут, в том числе и ™ ' , ₽*Ициентом фильтрааии
дела прочности при сжатии до 2 МПа0Нг^и1енные- гая пре*
объем закрепления грунта вокпгг ^роме того« увеличивается
нием углекислого газа раствор* chST' ТЭК как n0J даме'
грунт. и ор силиката дальше проникает в
ОПЫТ газовой СИТИКЯтиняит,,, т, ..
клика гизации водонасышенныт трг-лаит
ХТи°яВ вНаростоевНеПнРа' °СН°ВаНИЯ перед
здания в го.тове-на-Дону. Работам предшествовали полевые •
следования, лабораторные анализы грунтов и моделирование % -
цесса закрепления на особом лабораторном приборе [461, '
Грунт закрепляли по схеме: углекислый газ — силикатный
раствор плотностью 1,2-1,25 г/см’ - углекислый газ. Первая д -
дача газа под давлением 0,05—0,25 МПа активизировала грунт и
обеспечивала отжатие избытка воды. После подачи силикатн г
раствора при давлении от 0,1 до 0,4—0,5 МПа вторая подача га-
за способствовала полному отверждению.
При плотности силикатного раствора 1.25 г/см3, временное со-
противление при сжатии 0,45 МПа, сцепление 0,064 МПа, угол
внутреннего трения 25°12', модуль деформации 114 МПа.
Газовая силикатизация — эффективный и достаточно надеж-
ный метод закрепления сильноувлажненных и водонасышекных
лессовых грунтов. Особенность технологии при газовой силикати-
зации — обеспечение плавной регулировки давления и расходз
при нагнетании реагентов, без превышения критических
ний.
Всего было закреплено 4308 м3 грунта, себестоимость работ
45,4 рубля за 1 м3. По сравнению с подведением нового фунда-
мента экономический эффект составил 225 326 руб.
Применение карбамидных смол. Карбамидные мочевино-фор-
мальдегидные смолы относятся к числу наиболее досту ных де-
шевых синтетических смол. Их получают из недефицитно! сырья-
уг некие того газа и метилового спирта в больших ко-
. В качестве отвердителей используется тоже недеои-
или щавелевая кислота. К числу смол, получив-
ших пра^шщскос применение, относятся: крепн;е’]^
и смола МФ-17. Все они выпускаются в виде вязких жидкостей,
смешивающихся с водой в любых отноше””я^‘ пР9К1гПЯ между
При синтезе карбамидной смолы про ^х°д1'н' taк„' /Д
мочевиной NH2-CO-NH2 и формальдегидом СН2С :6 Р«>- ; а
которой получаются моно- и ди-метилол мочевина, которые, в. ан
давле-
аммиака,
личествах
цитная соляная
и смола МФ-17
«дейег.уп между »«"«
жмпмео со оледуюшеё (упрощенно) структурой tuvj
_N-CH2-l-N-CHa—
।
СО
со
и
со
—N—СНг— N CH2J—N—СН2—
Водный раствор представляет собой клейкую, вязкую жидкость
белого цвета, содержащую добавки, не допускающие его самопро.
извольной дальнейшей полимеризации.
Для укрепления грунтов его разбавляют водой, чтобы
снизить вязкость, добавляют кислый с.верд! 1ель - - с оляную или
щавелевую кислоту, и нагнетают через инъектор в укрепляемую зо-
ну. В порах грунта начинается полимеризация за счет взаимодей-
ствия боковых метилольных групп с водородными атомами груцп
Vo 4 и метилольными группами соседних цепочек, с образованием
эфирных связей. При этом получается пространственный полимер
со структурой (упрощенно):
—NH—СО—xN—СН2—N—СО—NH—СН2—N—СО—
I
сн2
сн2
- k-CH2-N—СО—NH—СН2—N-CO-
I
Этот полимер уже не растворим в воде. Он образует прочный
студнеобразный продукт в порах, который связывает всю находя-
щуюся в них влагу и склеивает минеральные зерна скелета.
Раствор на основе смолы крепитель-М состоит из 100 частей
разбавленной водой смолы плотностью 1,075—1,08 г/см3 и 4—6
частей соляной кислоты 3%-ной концентрации. Время гелеобра-
зования 1—3 ч, температура раствора в пределах 18—20сС.
Прочность при сжатии образцов грунта, закрепленного карба-
мидной смолой, колеблется от 1 до 5 Л1Па и зависит от степени
разбавления смолы водой. При оптимальном составе она состав-
ляет 1,5 МПа.
Применение карбамидных смол рекомендуется для Ук-
реплен и я сухих и водонасыщенных песчаных грунтов с коэф-
&“Т°М ФильтРации от °.5 До 25 м/сут, не содержащих кар-
стВгшоРвб0ЛапТг'Ые "ССКН паддают™ укреплению смесью водных ра-
и шавА 1рКой6^ИДН0И СМ0;’Ы кРепитсль-М плотностью 1,15 г/см3
ниях паяных 1 С1Л?Тп\.К0|Нл(1нтРадии 6 -8% в объемных соотноше-
пап >ппп i п г ’ 1 Л’"’ '03- Время гелеобразования таких
растворов колеблется от 10 до 60 мин
кистот!|ИСкяпй,3иВа11ИИИ ° качес1ве основного отвердителя соляной
ислоты, карбонатные пески необходимо предварительно обра-
176
батывать раствором щавелевой кйгп,,
Если песок содержит от 1 Ло ™ г"
предварительно обрабатывать рас™ ?СТии’
концентрации. 1 «ворои соляной ки-.ю-п, '/4,-но»й
Специалисты считают [571 ч
мы главным образом для закпе„1е?Р ,‘МИДНЫе смолы примени-
фильтрации от 0.3 до 50 м/сут С?,?/: сков с коэффипиеит-.м
ность минеральных частиц чем «ш,, , хуже сма'|и^и/т .юв--,,-
более 1% по объему фурилового спи’птТ"3*0 добав'а к смоле и-
смолою на 38-48% и дает соответс?ЕуюшийШп ” смачива’-м'>-’ •
крепленного грунта. Увеличение лепи й р т "Р04**™ а-
ГО вещества не отражается
В нашей стране карбамидные eun-u, / исгвля см ,лы.
впервые при реконструкции оперного театраТленинградГа а
теа“[до 15000°мГв ^оволипедк^ металлургическом ₽ко/ ? ’
те (до 15 000 м ). В 1972 г. при строительстве открытым спску ' t
станции метрополитена в[Москве пользовались растворами каоба
мидных смол МФ, МФ-1,, КМ-2 и КМ-3 с отвердителем в виде
5%-нои соляной кислоты. Закрепляли в основном кварцевые пес-
ки, причем до глубины 11 м среднезернистые, ниже мелко- и то -
козернистые. Инъекторы забивали на глубину 12 м через 1 м по
длине участка там, где к котловану прилегало производственное
сооружение на расстоянии 4—8 м от его кромки. Последующее
вскрытие котлована и проходка тоннелей показали хорошее каче-
ство закрепления грунтов. Заметные деформации и осадки пове: -
пости грунта при проходке отсутствовали. Прочность закреплен-
ных песчаных пород составила от 5 до 7 МПа.
Однако при использовании карбамидных смол в подземных вы-
работках надо считаться с их токсичностью, вызываемой при-
сутствием в составе от 1 до 3% свободного формальдегида.
Закрепительные работы. При усилении фундаментов эксплу з-
тируемых зданий иногда укрепляют грунты их основания раство-
рами на основе жидкого стекла и карбамидных смол. Известны
и другие химические реагенты, но они пока не получили ши.
кого распространения ввиду высокой стоимости и малых мас-
штабов их производства.
Укрепляют грунты по специальному проекту со строгим уче-
том нх свойств и тщательным выбором применяемых р _Р<- -
В состав проекта входят: 1) план расположения'
21 пазоезы с указанием расположения инъекгоров по напр_з.
ягептов; 4) указав»» S raa.JupJi
организации работ; 6) поясни.ельна составления
К числу наиболее важных гюходных даншых
производства раб» зависящий от свойств грхата н
,'ХРУ8.?Гв^43о”р"“^
(табл. 8. ). р ля уточнения принятого радива.
К0,ХдУ рядами ипъекторов при сплошном закреплении
__ aYI С у 1 ***?
проекта
мы грунта вокруг
раствора '
копки и ]
Расстояние
Таблица 8 з
Грунты н способы укрепления Коэффициент фильтрации, м/сут Радиус закреп- ления, м Прочность при сжатии, КП,-,
Кргпные и средние пески: Двухрастворная силикатизация Мелкие и пы 'еватые пески; однорастворная силикагизапия с алюмининатом натрия Мелкие и средние пески; однораствор- ная силикатизация с кремнефтористоводо- родной кислотой Укрепление карбамидной смолой Мелкие и пылеватые пески; Газовая силикатизация Просадочные грунты; однорастворная силикатизация 2-Ю 10-20 20 -50 50-80 0,5-1 1-2 2—5 0,5-1 1-5 5-20 0,5-1 1-5 5- 20 0.1-0,3 0,3-0,5 0,5-1 1-2 0,3-0,4 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 0,4-0,6 0,6-0,8 0,8-1,0 0,3-0,5 0,5-0,8 0,8-1,0 0,3-0,4 0,4-0,6 0,6—*0,8 0,8-1,0 3500—3000 3000—2000 2000 1500 3000—2000 1600-2500 1000-5000 1500 1200 1200-800 1000-1400
принимают равным 1,5 л а между инъекторами в ряду — 1,73 г.
Инъекторы располагают в строгом соответствии с конфигурацией
фундаментов, взаимным расположением старого и нового соору-
жения и геологическим разрезом.
Инъекторы обычно погружают снаружи или изнутри зда-
ния, но чаще всего из подвалов. В связи с этим оборудование
имеет малые габариты и массу, допускающие вручную его мон-
таж и перемещение в стесненных условиях.
Растворы нагнетают через инъекторы отдельными заходка-
ми. Однородные грунты закрепляют сверху вниз, а если коэффи-
циент фильтрации с глубиной увеличивается, то снизу вверх.
Опыт однако показывает [45], что однородные грунты встре-
чаются исключительно редко и обычно приходится иметь дело со
слоисто-неоднородны Vi и основаниями. Проницаемость отдельных
слоев может различаться в несколько раз, а толщины их — от
нескольких .миллиметров до десятков сантиметров.
При подаче раствора в скважину сразу на большой захватке
по глубине раствор сначала проникает в более проницаемые слои,
которые становятся водоупорными, и только после этого начина-
ет поступать в слои с меньшими коэффициентами фильтрации.
слонсто-неоднородных по гранулометрическому составу грунтах
° пользоваться так называемыми манжетными инъекторами
пасткпп uV' КиР°Рые позволяют с большой точностью подавать
нап^ пп иРаНСС намеленную глубину и закреплять, начиная с
наиоолее проницаемых слоев.
Рис. 8.8. Инъекторы:
а — с манжетами; б — с защитными клапанами к каждому
верстию перфорированного звена; в — с защитными ре:и« вымм
кольцами; 1 — присоединительный ниппель; 2 — ре. ala;
3 — резиновые манжеты: 4 — корпус с перфорапже!;
5 — пробка
Растворы нагнетают медленно и равномерно, не допуская ^чрез-
мерного повышения давления, разрыва пластов, прорыва
на поверхность и за пределы закрепляемо!-) контура, а .
ное давление нагнетания в песчаных гРУнтах ПР Л* а ГЛУ_
верхностп 2—4 м не должно превышать 3 ’ K«vnHbIyH
бине 4—10 м 500—1000 кПа; в просадочных грунтах с круп,
порами - не более^°п^рвапия для инъекций входят: 1) ем-
В комплект обор удова н т яд ит з)разв0ДЯ-
кости для рабочих Рас™°Е°в’ станок и механизмы для погру-
щая сеть и пнъек™Р“’^,УрР0В. 5) манометры, термометры и рас-
ження и извлечения инъекторов, и,
ходомеры. ,[П0В ИСпользуемых для иа-
Существует много »'а~сов Р развивают давление до 1.5 МПа
гнетания растворов в грунт. Л/Мин на каждый ннъектор.
при расходе жидкости °т ’ ПС-4Б с одним плунжером,
К ним относятся плунжер! Кроме того, рекомендуются
НГП-1-М с двумя и ИС-3 с тремя.
1000'10; НД-2500/10).
Р а з в о
ВЫМИ U Ч МПя
давление до о лша.
них труб. В
кэт(нд-м»^' нХ
состоит из ретеновых шлангов с ,кав
тестей внутренним »а
ПНР ло 3 АШа. Инъекторы изготовляют из Сталь.
3 установках для однораствориои силикатизацци
паиочие растворы крепителя и отвердителя сначала заливают в
отдельный баки с вадомерными стеклами, потом два насоса по-
тают их в смеситель непрерывного действия с манометром, отку.
да гелсобразующая смесь поступает в разводящую сеть и инъек-
торы.
На каждом инъекторе установлен расходомер
Инъектор с перфорированным звеном из труб диаметром 32—.
42 мм состоит из отдельных зьеньев (см. рис. 8.8). Нижнее зве-
но с заостренным наконечником имеет длину 0,5 —1,0 м и погру.
жается первым. В нем имеются отверстия для выпуска раствора в
грунт диаметром 2,5 мм. По мере углубления наращивают глухие
звенья, каждое из которых имеет длину 1 —1,5 м. Раствор посту-
пает одновременно из всех отверстий, равномерно распределенных
по высоте перфорированного звена.
Манжетный инъектор состоит из наружной трубы с отверстия-
ми и манжетами и внутренней с манжетами и тампоном (см. рис.
8.8, б). Наружная труба из стали или пластмассы имеет диаметр
32—42 мм и состоит из секций длиной по 2—3 м, соединяемых
при наращивании муфтами. Через каждые 33 мм по длине наруж-
ная труба имеет по 4 отверстия диаметром 4—5 мм, перекрытых
снаружи резиновыми манжетами. Внутренняя труба стальная —
газопроводная диаметром 12,7 мм. В ее нижней части просверле-
ны три ряда отверстии. Отверстия среднего ряда служат для вы-
пуска раствора в наружную трубу, а оттуда в грунт. Они пере-
крыты манжетами. Отверстия крайних рядов перекрыты резиновы-
ми тампонами.
В манжетную трубу, погруженную на заданную глубину, опус-
кают внутреннюю так, чтобы ее средние отверстия с манжетами
пришлись против отверс ий в наружной. При нагнетании раствора
вагрунтВЗЮТСЯ манжеты о,,оих ТРУ5 и раствор начинает поступать
поегчр!"п’яЛеНН° тампоны внутренней трубы раздуваются и
зом можно пб?ТЬ раствоРУ вверх и вниз наружной. Таким обра-
стой в неотнопопнпИГЬ подапУ раствора в заранее заданный
слей в неоднородном основании.
При закреплении с поверхности д
незакрепленного грунта толщиной 1-
ная плита толщиной не менее 10
ров.
форированных^звенох^ш г3 твердых BK-W4ettflfi инъекторы с пер
,80 Р анным звеном погружают пневматическим молотом-бето-
должен быть оставлен слой
“1,5 м или уложена бетон-
ом с отверстиями для инъекто-
ПОЛОМОМ ИЛИ »Ь[сОКОЧЛ(Зг,ГПим г
такого погружения бурят скважину^'*' '
каюг инъектор в нее, тапо.ткяя J '
тор в несвязные грунты бе, вк 1ю-,Х. ' '
Хом, подаваемым в него с повеохиоЖ ''"У™3”* ежатам вотд -
забой перед инъектором в накотечнХ у ** и “У” ’
клапан с пружиной. Если глубина no/ov™?"/*" ’аР"*» '
гружение сжаты-л воздухом несуще vL« "Я ? яли
обсадными трубами. Если манж'етны,й ин^'г - ' '' -
ИНЪмЛ°вРСОлевПа°Д УГЛ°М К ВертИКаЛИ испадьзуот сп^иаГьнТе cfa "
ки Медведева.
1йава
ОБОРУДОВАНИЕ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ
9.1. УСТРОЙСТВО БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ
Известно много способов устройства буронабивных сваи.
ханизмы и оборудование для их устройства и технологические
процессы весьма разнообразны [53, 55]. Не все они применимы
при работе в городских условиях, рядом со старыми зданиями,
так как здесь нельзя пользоваться машинами, вызывающими со-
трясения грунта, например нельзя уплотнять бетонную смесь в
скважине ударами тяжелой трамбовки.
Выбор технологической схемы и оборудования в каждом кон-
кретном случае определяется в первую очередь геологически-
ми условиями, конструкцией и глубиной погружения свай, объ-
емами и условиями работ.
К разновидностям буронабивных свай относятся и корневидные
сваи.
Отечественные механизмы для устройства свай. В нашей стране
[4G, 55] специальное оборудование для буронабивных свай было
впервые разработано Е. Л. Хлебниковым при строительстве город-
моста чеРез Р- Иртыш в 1955 г. Сваи диаметром ствола
1/00 мм имели уширения на нижнем конце до 3000 м. Позднее
о орудование было модернизировано и разработаны новые станки
для устройства таких свай при строительстве мостов. В иастоя-
Время имеется целый набор машин, позволяющих бурить
скважины под сваи диаметром ствола 500—1700 мм с уширения-
" "Л’аХк.с’о?” " Г'”'6"”’ «УР.™, 2 5-Л Р
J,, о ка си-2 для свай диаметром 500—600 м с уширсн-
Хдных о пМр И При дли"с до 30 ” применима без
Э-1252 ипй^рг Г ' J' ' Базовои машиной служит экскаватор
стоик ХоТйи1ИЧНЬ1И Краи ДЭК-251; на них смонтированы
шнековый буп ппиН-еСН^М об°РУЛованием. Рабочий орган -
вают механический У тРоистве Уширения вместо него устанавли-
из бадьи с откиднымапШИрИТеЛЬ цикличного действия, состоящий
ножей. Днищем и укрепленных на ней раздвижных
182
Рис. 9.1. Буровая установка СО-2:
/ отклоняющий ролик: 2 — стоика *
3 — оголовок; 4 — каретка: 5 — элект-
ропривод; 6 — телескопическая шнеко-
вая колонна; 7 — очиститель; 8 — бу-
ровой инструмент; 9 — кондуктор с пе-
рехватом; 10 — домкрат; 11 — рама;
12 — базовая машина
Рис. 9.2. Буровая установка
УРП-1 (в плане стрела не пт-
казана):
I — вертлюг; 2 — штанга; ’ —
поводок; 4 — ковшовый буу:
5 — переходник; 6 — стол с ро-
тором; 7 — электропривод; ? —
базовая машина; 9 — аутригер
Буровая установка УРП-1 для свай диаметром 500—1400
мм с уширенным основанием используется без обсадных труб. Ба-
зовая машина — экскаватор Э-1254 или кран МКГ-25 с навес-
ным буровым оборудованием. Рабочий орган — ковшовый г • >
(рис. 9.2). Ротор установки с базовой машиной не связан и рас-
положен на опорном столе, размещаемом на поверхности грунта.
Это позволяет применять базовый кран не только при бурении, но
и при бетонировании скважин. Штанга с буровым обор; д 'Ващ.ем
при этом снимается с крюка крана. _
Установка С Б У-2 для свай диаметром оОО—1000 мм дли-
ной до 25 м с уширениями применяется без обсадных груб. На ба-
зовом кране подвешен рабочий орган с электропривод •• кд
колонной с кареткой. муфтой, штангой, опорой и “вшовыч б,-
ром (рис. 9.3). В отличие от установки СО— электропривод не
погружают в скважину, что позволяет использовать в нем « •
иые редукторы и электродвигатели без переделок. ... мкгг1г
Наиболее мощная из отечественных установок МБС-ЬАе
навесным оборудованием на гусеничном к!_ _'нческая . . j
рудование. На одной стреле подвешена телескопическая .....
Рнс. 9.3. Буровая Vct
новка СБУ-2 * Та*
1 — кожух; 2 __
3 — кабель 4 _ 1;'Та«Га-
5 — стойка; 6 —
тор; 7 — штыри; 8 ОНдУк-
зовая машина; 9 ____ ч ба
ропривол: 10 — малая Т'
донка: // — муфта-
опора; 13 — ковшовый
14 — вставка Ур-
для вращательного бурения скважин в мягких грунтах ковшовым
буром, а на другой грейфер или долото для ударно-канатного бу-
рения твердых и скальных грунтов. Диаметр ствола набивной
сваи 1700 мм, диаметр уширения 3,5 м, глубина бурения до 27 м.
Скважины можно бурить только вертикальные.
Необходимо иметь в виду, что все эти буровые установки име-
ют электродвигатели мощностью 55—80 кВт, а МБ С-17-А еще и
дизель 88 кВт.
Установка МТ3-8 0 на базе трактора применяется для уст-
ройства неглубоких набивных свай с уширенной пятой. Навесное
оборудование к трактору позволяет бурить скважины диаметром
500 мм, глубиной до 2,5 м с коническим уширением внизу диамет-
ром 1000 мм. В процессе бурения грунт удаляется из скважины
пневматическим транспортером. Установку можно применять для
сооружения малонагруженных фундаментов в устойчивых грун-
тах с бурением насухо, которые перспективны и для высоких по-
садочных платформ на пучинистых и набухающих грунтах.
Зарубежные способы устройства свай. В нашей стране приме-
няются также машины иностранных фирм. Одни из них могут бу-
рить скважины диаметром 360—1200 мм с применением иивентар-
ных ° садных труб и грейфера для разработки грунта в забое, при
глу ине до 120 м. Другие, сходной конструкции, могут бурить
скважины диаметром до 1200 мм при глубине до 27 м. При этом
и пп^3уЮГСЯ различные рабочие органы — грейфер для рыхлых
шевой пиХ1тшРгтпНТ0В’ д?^Ото для скальных грунтов, а также ков-
шевой цилиндрический бур.
коепчРииГгХт^ средн™ грунтах без грунтовых вод, не требующих
ок, в ФРГ скважины проходят шнековым буром без
184
т^ишатк можно
д ух Э
«место шнека испг.^»________
Рнс 9.4. Технологическая последо-
вательность устройства буронабив-
ных сваи Бауэр без обсадных тру -
а — с проходкой скважины
буром для свай диаметром 4 “г »*-
б _ то же. диаметром э.0-2000м«
в _ с проходкой скважины же№ >й
Сквозь форшахту: I -
ir __ очистка забоя; Ш — опусжа
ннё каркаса; Шб - укладка беглой
гмеси- ///в — установка каркаса,
начало бетонирования: IV6 — уплотне-
смеси в свае без каркаса; V -
окончание работ (готовая с?7.' . ~
устройство сван с^сзркзсом в верх».*
сдмим IHHCKOM или с помощью
в более плотных грунтах
желонку (рис. 9,4, в). Для придания »ь~ —
лепия в начале проходки, предваритадьиМ
виде отрезка стальной трубы Иными ует₽аим’07 фори;а/т, л
скважины для предохранения от м"„±М'"' креПя •-
лен ня продуктов бурения из забоя ' У еикя жел<ж«Ж. Д -/
тонной смеси и извлечения обсадны’» U,rK*e Для Уплот^1чя б-
пух. При этом можно устраивать Л?, пР«меняюгг сжатый
метром до 1600 мм и глубиной до 30 м К° вер™ка 1ЬИЫ' « '• '
При проходке шнековым буром (см рис ч и ,,
сваи диаметром 470-712 мм, длиной до 12 и с наютоноГиГб''
лее 1:8, а также (см. рис 94 б^ наклон./ не о -
570-2000 мм при длине до' 20 м гГс наибольшим^уклоюГ’ '
ПР" СВбампешГяаМеТР°М 470-712 ММ Двигается иаиболь
рость бурения; при диаметре
скважин 400—800 мм глубина по- W \
гружения до 20 м.
Уплотнение смеси шнековым
буром очень удобно при устрой-
стве неармированных свай.
Применяют в ФРГ также бу-
рение скважин в неустойчивых
грунтах и устройство в них набив-
ных свай без крепления стенок,
под защитой глинистого
раствора. Если здесь применение
глинистых растворов невозможно,
проходку скважин ведут с по-
мощью обсадных труб (рис. 9.2).
Погружение труб опережающее
здесь выемку грунта из скважи-
ны, производится различными
способами. Из их числа наиболее
совершенно вдавливание труб с
их одновременными поворотами
вокруг вертикальной оси мощны-
ми гидромеханизмами (см. рис.
7.2, б). По окончании проходки,
после установки арматурно-
го каркаса, трубы извлекаются
одновременно с подачей и уплот-
нением бетонной смеси. Извле-
кают тем же механизмом, кото-
рыми они были погружены, или
же с помощью лебедки, установ-
ленной на станке, иногда с при-
менением вибрации.
в Англии буронабивные сваи с помощью навесного оборуд
«,,я устраивают в скважинах диаметром 600-2100 мм с
н ими ВНИЗУ 1530-3040 мм при глубине до 60 м и накл0НеИ₽«-
Ю 1 до 2,5:1. В ФРГ бурение скважин ведут под защИТ0й От
нистого раствора. Диаметр скважины 400 1а00 мм при гЛубни'
150- -300 м. Продукты разрушения грунта при этом выносят^
поверхность циркулирующим раствором или эрлифтом, гидрОэл^
ва гором, вакуумнасосом.
Интересен принцип работы пневмоинерционного наго
ловника (ФРГ) — съемного механизма, приводимого в дВи> '
ние сжатым воздухом и закрепляемого на верхней части обсап
ной трубы (рис. 9.6). Тяжелый наголовник поворачивается в Л
ризонтальной плоскости попеременно вправо и влево на 30—450
с частотой поворотов 30—40 мин-1.
Разработано в ФРГ также оборудование, навешиваемое на rv
сеничный кран, для проходки скважин диаметром 900—2000 мм с
наклоном 0—20° к вертикали (рис. 9.7). Вращательное движение
трубы вправо и влево обеспечивается гидромеханизмом. Грунт из-
влекается грейфером. Труба без принудительного вдавливания по
гружается под действием собственного веса.
После укладки бетонной смеси труба извлекается из скважины
гидродомкратом. При каждой перемене направления вращения
возникает инерционная сила, действующая по касательной
к трубе, которая тоже поворачивается вокруг вертикальной оси
При этом силы трения между трубой и грунтом резко ослабевают
и труба вместе с оголовником под действием силы тяжести погру-
жается в грунт. Время от времени грунт из трубы извлекают грей-
фером. г
ГИ1 Бауэр с1рим^ниеЬН0СгЬ устройства буронабивных свай
ка„ГвГ~а СК8а— жХко"; б " X ОбСЭДНЫХ ТРУб'
ходки; II — ппо™^?В1<0й и промывкой забоя-6 I 1ои°'Цьп поворотной трубы и жел®"'
IV - начало Тт„^6виа проходки; Ш _ УЯД ' ~ яач“о проходки; 1в- конец ПР»;
ОН обсадной тру™ ?v.aBB":. 'V6 ~ начало б™оии™»«₽КаСа; ///а ~ промывка забоя,
чение обсадной rnvk.. "" бетонирование с ования с одновременным извлечени
садноя трубы сжатым воздухом ус_0",°»Ременным уплотнением смеси и иэд«-
бетонная смесь Я СВая: ' ~ воДа: 2 ~ впа«х: 3"
186
Рис. 9.6. Схема оборудова-
ния для устройства буро-
набивных свай системы
Хохштрассе-Вайсе:
а _ при разра€</гжв схж«жх-
ны; б — при укладже а ув-
лотнении бетонной смеси; /___
к стреле крана; 2 —
инерционный яапмсопа: 3 —
грейфер; 4 — инвентаре** тру-
ба; 5 — крышка; 6 — д*з*е-
ние сжатого воздуха; 7 — бе-
тонная смесь
выходит ИЗ грунта. Бетонная
сжа-
погру-
После того, как ипвонтапияп
погрузится до заданной отметки JPy6a
загружают бетонную смесь Затеи Не*
„альное отверстие в наголовник,- ИТ'
вают крышкой и в трубу подакп ежа'
гый воздух под давлением 06—0я мп
одновременно включая механизм „ап
ловннка. Труба снова начинает' повопи
чиваться право и влево и под давлений
воздуха выходит из грунта. П.
смесь в это время уплотняется
тым воздухом. Таким способом
жают в грунт трубы диаметром от^дрО
до 150 см при длине до 30 м и с накто
ном до 5:1.
В Польше созданы аналогичной кон-
струкции пневмонаголовники лтя
труб 400—600 мм и 800—1200 мм. Спе-
циальны^ пневмоинерциопный меха-
низм крепится не на верхнем конце тру-
бы, а на любом уровне и перемещается
по мере погружения трубы в грунт.
Устройство корневидных свай. Для таких свай требуется спеца-
альное оборудование и малогабаритные буровые станки. Обычная
послед о ва гельность устройства корневидной сваи (рис.
9.8) слагается из трех основных этапов.
Вначале бурят скважины в устойчивых грунтах без креплений,
а в неустойчивых под защитой глинистого раствора. Скважину
очищают от бурового шлама и опускают арматурный каркас.И- -
гда вместо арматуры используют обсадную трубу, но, как правиле,
ее извлекают, одновременно заполняя скважины цементно-песча-
ным раствором. Раствор заполняет все неровности внутренней по-
верхности скважины, а избыток его проникает в поры грунта. Это
обеспечивает прочное сцепление сваи с грунтом.
Цементный раствор подают с помощью бетонолитных труб
диаметром 18—60 мм под давлением от 0,3 до 0,6 МПа в зависи-
мости от трения раствора о внутреннюю поверхность оетонолитнои
трубы и противодавления воды или глинистого раствора, за1 лня-
ющих скважину. И, наконец, уплотняют раствор, используя напор,
создаваемый растворомасосом или давление сжатого воздуха.
Корневидные сваи часто устраивают без ростверков заделы-
беТСпециа?ьнТогоР о б о р у до в а и иi я дл hJ Р ™ " ^стойчив^х
видных свай в нашей стране не в 5^ сбУ-ЗОО-ЗИВ.
грунтах применяют буровые ра. । Д шнеКовой колонны [54].
У1 БХ-150 с рабочим °Рга"°” зуют станок СБА-500. пригодный
В более сложных условиях ист. j
* *
Рис. 9.7. Кран С
ным оборудованием' ?°с*
темы Баде для уСТпИ?
ства буронабивных СвД'
1 - упорная конструк.,/11
2 — зажимной XOMVT Цоя:
инвентарная обсадив ’
ба; 4 - вертикальный ?>»•
родомкрат; 5 — тяги с Ид'
равлическими домкрат^?'
6 — устройство для [ам«:
ления тяг к крану- 7Реп'
кран; 8 — домкрат х0Му^
Рве. 9.8. Последовательность устройства корневидных свай в подвале эксплу-
I _ б атируемого здания:
туриого каркаса из коротких секций сваоивае** смесп после введения в скважину аР*а
сжатым /// - уплотнение смеси
для бурения вортикалышх и и ,
146 мм при диаметре бурильных ,ь г,"'
Во всех случаях [18] окна
К Л( И К
no -v,tl>,x paj скважин|Г7'" •’ <’А „и •'р-у;.*
тор-патрубок, установленный и v“6у₽ят "**’
ружи В грунт. Бурение - ЕПя' У ь'; « --аи.
воздухом или глинистым раствоп '"'Г"' в*'
виде одиночного стержня или ' А?Мат-ра сжатым
ти сваи с одиночным стевжиемЖе сваРНО[о Каркаса 7'Л'? я ’
Устройство частотрамРбованньНИЗУ- '
няемые в Великобритании чястг ™ СВаи’ РазРабота а
ропайл наиболее эффективны приР Стиоит"НЫе СВаи ««мы
Тах залегающих мощным слоем ПОд ^ЛЬСТВе на
ныи грунт, не изменяющий своих свойеЛ РЫЧИ йа^.тчтгя
сооружения. °"Х свойств в период жспл.ата-ии
Их устраивают с помощью инвентяг™.
труб, погружаемых вибромолотом ня X™ стальных < :а .
существующих зданий. На нижнем «СНЫХ р2с 70и : с г-
но крепят плоский стальной диск диаХтп °Й Трубы B:eve '
больше наружного диаметра трубы ГР <' 'ХЛ°Т°р0Г0 несксль> >
до прочного грунта, забивку
образуя прочную опорную пяту сваи
В процессе погружения трубы грунт в нее не попадает б--
даря чему создается сильное уплотнение межд^н '
пространства. По окончании забивки при необходимости одХ'Л
в трубу арматурный каркас или просто заполняют ее
смесью. Уплотнение обеспечивается
извлечении ее из грунта (рис. 9.10).
бетонной
той же обсадной трубой при
Рис. 9.9. Малогабарит-
ный буровой станок
СБА-500:
f — электродвигатель: 2 —
Фрикцион; 3 — лебедка;
4 — коробка передач; 5 —
1 ’Идропатрон; 6 — враща-
тель; 7 — рама; 8 — сило-
вые гидроцилиндры
г уплотнения бетон-
сваях системы Вибро-
пайл:
обсадной трубы
яеуплотнен-
Рис. 9 10. Схемы
ной смеси в
° ". Т_ ™"же""вЯи3;7-" «УплотнеЯ.
’ смесь' ! — утолщенные стенки инж-
X конца трубы; Л, - порция смеси,
выходящая из трубы при ее ходе ₽ •
Л,— слой смеси, уплотняемый за один
ход трубы
□Осадочные стальные т
внутренним диаметром ?ncbI с
508 мм и толщиной стенок9п
в нижней части утопи °
Опорный диск обычно * ЦаЧ
диаметр на 50 мм болЬщеИм^т
ружного диаметра трубы н ,,а-
слабых грунтах он может 2 &
еще увеличен. Толщина дИгь°Ыть
12 до 19 мм Глубина погру °т
НИЯ сваи до 20 м, при необхл
мости может быть значите^
увеличена за счет увеличен?
высоты копра.
Большую часть вертикально?
нагрузки сваи Вибропайл перед
ют через опорный диск, Ппп
ближаясь по схеме работы ’(в^
висимости от жесткости груПта\
к сваям-стойкам. Диски могут
иметь различные диаметры
Сваи работающие только на сжатие, устраивают из бетона
М-245 с осадкой конуса 115 мм. В зависимости от диаметра они
выдерживают расчетную нагрузку 450 1200 кН.
Железобетонные сваи применяют при,наличии горизонтальных
сил и изгибающих моментов. Арматурный каркас обычный со спи-
ральной распределительной арматурой.
Смесь подают в трубу скиповым подъемником через специаль-
ное окно, расположенное в верхней ее части. Из скважины трубу
извлекают с помощью лебедки копра и свайного молота. При из-
влечении трубы молот наносит до 80 слабых ударов в минуту
по наголовнику и столько же более мощных ударов, направлен-
ных вверх по специальному блоку с пружинами, подвешенному
над ним на тросах лебедки. В результате намного снижаются
сопротивление грунта по боковой поверхности трубы и тяго-
вое усилие лебедки, уплотняется бетонная смесь под нижним кон-
цом извлекаемой трубы. Трубы используют многократно.
9.1. УСТРОЙСТВО ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ И МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СВАЙ И АНКЕРОВ
На строительстве транспортных сооружений в некотором отДЗ'
лении от эксплуатационных зданий необязательно применение
>P°Ha6™bix свай. Возможно устройство свайных Ф
также^нкеров2 JHBHbIX СВа” В плотных песках, винтовых сваи, 2
плотнырУ^чгг^ забивных железобетонных свай. Погружение их *
ние что голов» встРечает иногда настолько большое conPOTI1BKaIt
ваи начинает разрушаться задолго до того,
„„ „.„ь к,„„ру„ «SJJA»—рви,
„л
в ’«Ранее BixZyp«,Hae
устраивают
ее острие дойдет до проектной —
ется часть ствола, которую зяте
было детально изучено Г М п "рихо-
весьма эффективный способ яаГ”ренкс
лидерные скважины. “ ьки
Лидерные скважины обычно
шнекового бура. Бур проходит скважинГ'*'аиаа10т "₽и ПОМОЩИ
ляет 0,8 ширины сечения квадратной заби • гМеТ₽ *к,'орой
на скважины делается несколько меньшё®Н„°, СВаи; п?й'!<* •-
гружения сваи. Это необходимо для Z
тивления в конце процесса забивки. у личения лооовог^ -
Представляет интерес япон-
ский комбинированный аг-
регат, показанный весной
1983 г. на международной вы-
ставке Трансмашстрой в Моск-
ве. Машина состоит из самоход-
ного копра на гусеничном ходу
с лебедкой для шнека и свайно-
го молота с ё гидромеханизмами
для точного наведения сваи или
бура на нужную
точку (рис.
сделана из
Мачта копра
стальной трубы, по которой мо-
гут перемещаться в вертикаль-
ном направлении салазки для
молота и шнека> развернутые в
плане на 90° друг относительно
друга. Эти же салазки могут по-
ворачиваться в горизонтальной
плоскости вокруг оси мачты, ме-
няя шнековый бур на сваю с
молотом.
Машина выпускается в четы-
рех модификациях. Копер типа
60-С работает со шнеком
ной 14—26 м и может погружать
сваи длиной 12—24,5 м молотом
массой 2,9—-7,5 т.
В общем основная работа
сводится к вращательному буре-
нию скважины, которое опасных
сотрясений не вызывает. Погру-
жение сваи в нее не требует
сильных ударов и только в конце
забивки молотом наносят у хары,
соответствующие проектному от
казу.
дли-
KO
^656см ^5
/ i
6
Рис,
мак
9 11. Универсальный косе? Адж-
для бурения
и погружения в них свай „азе. ж
.ЛОТОМ’
д __ план расположены рабочих оргэ-
«Т бП__ вид копра сбоку. / ~ «Г
. х„п. 9 "изель-молот 3 —
чатая вт-авляющая ечрала: -J.
' - —
191
мы
[•танвсаи
Bt. SJ2 ЖТя’из- «'«*«,,
П — постепенное разрушение головки Pn
снятие механизма, гидроразрушителя Рзта
Машина рассчитана на работу в плотных, не осыпающ11х
гп, Нтях не требующих крепления.
Р5Машины для срубания голов железобетонных свай. Перед уст
ройством свайных ростверков почти всегда возникает необходй.
мостТв выравнивании под заданную отметку верхушек свай, ВЬ1.
ступающих из земли, с помощью ручного пневмоинструмента. Э“а
операция — опасная и трудоемкая. Поэтому в последние годы ста.
ли применять г и д р о р а з р у ш и т е л и разных, конструкций. На-
жительность цикла срезки 15—17 мин. Для установки
требуется монтажный кран. Масса агрегата 650—
ибольшее сечение срезаемой св а от 30X30 до 40X40 ем, продол,
жительность цикла срезки 15—17 мин. Для установки на место
требуется монтажный кран. Масса агрегата 650 1080 кг.
Одна из последних моделей гидроразрушителя демонстрирова-
лась на выставке Трансстроймаш в Москве в 1983 г. Корпус аг-
регата имеет крестообразную форму (рис. 9.12, вид сверху) и одр.
вается на сваю с помощью автопогрузчика. В выступах корпуса
установлены 4 гидродомкрата, на плунжерах которых крепятся
стальные зубья, сжимающие сваю с двух противоположных сто-
рон или со всех четырех сторон. В ходе работы корпус остается
подвешенным на тросах погрузчика и постепенно опускается до
нужной отметки, разрушая бетон.
Интенсивное дробление заканчивают на 50 см выше плоскости
намеченного среза, после чего агрегат опускают в крайнее ниж-
нее положение и, осторожно действуя домкратами, создают гори-
зонтальные трещины на намеченном уровне.
Погружение металлических винтовых свай. В ряде случаев, ос-
ПРИ с’1Р0ительс<зе малоэтажных зданий и временных соору-
тпвнр гП^иГКпХ гР^нтах- можно использовать металлические вин-
оп ши'т Винтовая свая конструкции В. Н. Железкова [2"
наконеч’и'икяРУ™4 У^ачн°й геометрией винтовой лопасти и
торым свая б₽ЛПР еДрЯеМ0Г? в грУнт <РИС- 913)- благодаря к -
При большом и ’тикальнУя пригрузки ввинчивается в грунт
трализованно ня Т< СВЭИ целес°образно изготавливать их "-1’"
только укрупнят! ДяДе “еталлоконструкций, а на строитель^
ми винтовые лопасти гъ'1 С1волы с их наконечниками, иеС^сС
число свай не превышает"®’ °бъем работ невелиК „"./мест6
по технологии, разработанной в'н’ к можно Г0Т0ВНТЬ
192 °* /Келезковым.
Сваи изготавливают потоп,
ализированиыми бригадами ы1,е,,и
бригада (разметчик и газорезчик) п?”
мечает и режет заготовки для „ 1
„ стволов; вторая (кузнец и 1Ва <Г1асте"
ных) нагретые в кузнице заХВ"киТ
пастей гнет на конду кторе.ц™и'
н е винтовой поверхности с шагом 200
мм; третья бригада (два сваршика °
один подручный) монтирует винтов,
наконечники. Общая трудоемкость и™
товления одного однолопастного нак<
печника составляет 24 чел.-ч.
Форма лопасти соответствует спива-
ли Архимеда. У входящего ножа заточка
односторонняя острием вверх у хвоста
вого — вниз (рис. 9.14). Лопасти заго-
тавливают с помощью шаблона. Непер-
пендикулярность основного листа отно-
сительно оси трубы допускается в пре-
делах ±1,5°; кривизна наружной кромки
в одну сторону основного листа лопасти
не более 2,5 мм на 100 мм дуги* волнис-
тость — не более 5 мм по лучу. Толщина
лопасти у острия ножа 6—8 мм.
Сваи завинчивают с помощью ле-
бедки, установленной на базовом ав-
томобиле КрАЗ-255, на платформе кото-
рого крепится направляющий патрон
(рис. 9.15) для удержания завинчива-
емой сваи в вертикальном положении.
Его изготавливают из трубы, внутренний
диаметр которой больше наружного ди-
аметра ствола сваи на 20—30 мм и име-
ет раскрывающуюся конструкцию для охвата ствола.
Сваю вращают с помощью тросового кабестана, уста-
навливаемого на стволе сваи. Диаметр кабестана не менее
1500 мм. Крутящий момент до 35 кН-м достаточный для завин-
чивания свай на глубину 3,5-4,0 м. Трос на кабестан нама ывак^
вручную (всего 10—12 витков). В процессе завинчивания требу-
ется две-три перепасовки троса. Время завинчивания одной сва«
составляет 30—40 мин. Трудоемкость при расчете из 5 чел. сос-
тавляет в среднем 3 чел.-ч.
Опыт устройства винтовых сваи показал, ч f “
ве расчетов в одну смену можно "„^РУ^.^-^-^^атГопX
сменной работе 100 свай для одной пассажирской платформы ...
rvr быт, погпмжены в течение 11 рабочих дней.
У Лп« бпчсГсовсршенной машины по завинчиванию сваи с диа-
Для более со P лопасти 800 мм при шаге винтовой
метрами ствола мм и
7-68
Рис. 9.13. Нижняя часть
металлической винтоао"
сваи системы Железксза:
/ — ствол; 2 — главная лс-
пасть: 3 — острие сваи; 4 —
усиливающая накладка
Pnc. 9 14. Металлцчес„
заготовки для «згл Ие
ления лопасти°Т°В*
а — развертка уси„,
щей накладки; б 1!ИВа»о.
главной лопасти ° *«.
лопасти 200 мм используют в качестве базового автомобиля Урал.
375Е. На нем монтируют два гидро кабестан а непрерывного
действия и гидрокран с внешними опорами. Одновременно за-
винчивают две сваи — вертикально или под углами 15° и 30е.
Расчет состоит из 5 чел., время завинчивания двух свай на глу-
бину до 3,5 м — 40 мин.
Устройство анкеров. В различных отраслях строительства при-
меняют анкеры [50]. Однако наибольшее распространение в тран-
спортном строительстве в условиях города они получили при уст-
ройстве стен в грунте, фундаментов и подземных сооружений.
Время для строгой классификации и стандартизации анкеров еще
не наступило. Методы их устройства весьма многообразны также,
как и применяемое для этого оборудование.
Чтобы не снижалась их несущая способность и не возникало
аварий анкеров, необходимо соблюдать соответствующие пра-
вила.
Прежде всего нужно тщательно готовить строительную пло-
щадку. Перед устройством анкеров должны быть закончены все
работы по устройству вертикальных ограждений котлована, пред-
шествующие выемке грунта.
После того как забит шпунт или сооружены стены в грунте,
приступают к разработке котлована на глубину 3—5 м, при кото-
рой верхний участок вертикального ограждения еще не нужда-
Рис. 9.15. Винтовая свая
на базовой машине, за-
винчиваемая в грунт.
1 — базовый автомобиле
2 — тросовый кабесув,
одетый на ствол сван, »
держатель; 4 — J11' а
часть сваи; 5 — лебеди
194
v, -вне скважин; б — транспортное положение- / — п_____
вый анкер; 2 - скважина X анк^а ’ '
ется в подкреплении анкерами. Выемку грунта производят экска-
ваторами. Затем в котлован опускают самоходный буровой агре-
гат и другие механизмы для устройства и испытания анкеров.
Пробуривают наклонные скважины, которые проходят насквозь
через шпунт или стенку и углубляются в грунт на заданную
глубину (рис. 9.16). Обсадные трубы используют только в неус-
тойчивых грунтах. Для обеспечения правильного расположения
ствола скважины машину в процессе бурения поддомкрачивают.
Необходимо подчеркнуть прогрессивность конструк-
ц и й буровых станков, специально предназначенных для бурения
наклонных скважин малых и средних диаметров на местности с
неровным рельефом, в любых грунтах, с обсадными трубами и без
них. Большинство современных машин используют гидравли-
ческие механизмы во всех рабочих узлах, включая привод тран-
спортной системы обычно гусеничного типа.
При работе в скальных и полускальных породах применяют
колонковые буры, в дисперсных грунтах — различные долота и
коронки с учетом разрабатываемой породы. Диаметр бурения со-
ставляет 55—250 мм, глубина 20—50 м, угол к горизонту 0—90\
Независимо от марки бетона и наличия арматуры стена в грун-
те не представляет серьезной преграды для современного бурово.о
инструмента. Хорошо отработаны и методы проходки в^ слабых
грунтах при необходимости заделывать анкер в глу о ' .
ТВСТДе х н о ° о г и я устройства анкера ?нх
зом геологическим строением пород. „Лпоны и зеэяя-
можно разделить на твердые и плотные, с: д Р _ * -
стыр П пппистые с другой, в скальных породах, лак правило. ан
стые и пористые с ененнеч высокопрочного цементного
кер заделывают с применением
195
Рис. 9.17. Основные этапы устрой-
ства бурового анкера Бауэр с це-
ментной заделкой:
/ _ бурение с обсадными трубами ди-
аметром 70—150 мм; // — сбивание бу-
рового наконечника и введение в сква-
жину тяжа анкера; Ш — вытаскивание
буровой колонки труб с одновременным
нагнетанием в зону заделки цементного
раствора; /V — приемочное испытание
анкера; V — законченный анкер под рас-
четной нагрузкой (домкрат заменен на
постоянную подкладку); 1 — вертикаль-
ное ограждение; 2 — скважины; 3 —
бур; 4 — усилие домкрата (показано
стрелками,; 5 — постоянная опора го-
ловки; 6 — шарнирная головка тяжа;
7 — зона заделки
раствора» при этом диаметр
четки равен диаметру скважпнЬ1
r песчано-гравелистых породу
выветренной скале раствор под
давлением проникает глубоко в
пооы и трещины и средний диа-
метр заделки существенно боль-
ше диаметра исходной скважины.
Цементный раствор в таких груи.
тах применяют редко, только при
наличии крупных пор и трещин,
и как правило, пользуются си-
ликатными или полимерными со-
ставами малой вязкости [49, 50].
При устройстве анкера сис-
темы Бауэр (рис. 9.17) снача-
ла скважину проходят с обсад-
ной трубой, а буровой наконечник
не извлекают наружу, он остает-
ся в забое, где позднее он служит
закладной частью для тяжа ан-
кера. Тяж состоит из одного или
нескольких стержней арматуры
периодического профиля. Нижние
участки стержней, которые долж-
ны находиться в цементной за-
делке, обнажают, а верхнюю
часть, соответствующую свобод-
ной длине тяжа, заключают в
прочную трубу из пластмассы.
После введения арматуры в
скважину из нее извлекают об-
садную трубу на длину, равную
длине будущей заделки. Одно-
трубу подают в забпй ввР^менно, через пластмассовую
нагнетание раствора повторяютЬпоиапо°Б Чере3 некотоРое вРемя
няя трещины и неплотности н п< Р повышенном давлении, запол-
Наконец, обсадную tdv6v итпн Рвояачально схватившейся массе,
пят головку анкера с и < м Л „екают полностью. Снаружи кре-
спустя неделю его испытываю тельными приборами, а
«У». При положительном 2ез7т.”аГРУЗКОЙ- «Решающей расчет-
ного и наглухо фиксируют головку П уСилие снижают до расчет-
Более сложное устоойст» „У'
персных пористых грунтах кот™61 анкеР- Устраиваемый в дис-
пии закрепляющего химическогоРЬ!е задель1вают путем инъек-
Д ДЛя обеспечения проникновеиияаСТВ°Ра под боль1ним давлени-
Л^“В.°ЛЯет эначительно увели«ит5° ? П0РЬ1 грунта. Такой ан*
сравнению с диаметром скважины А ЛредНий Диаметр заделки по
'96 бважины. Однако против выхода раство-
ра через скважину наружу 1|(.о6
щыо особого устройства пакт /
После проходки скважин- Р <см-₽ис. 7.6
и очистки 33-
спле-
I кои-
расш ирит елях
ИНЪеКЦИОИ-
части жор-
_ г__« мешок — пакер,
верстие инъекционной трубы' нахо?и-гРго '°Ну ,аде;,ки- Первое
тальные за его пределами « ,±Х^”1Св.внутРи naKfcPa, а в:е >
шью особого устройства - нак''п?1гИЧ" ’‘^ииимать меры с мм,
После проходки скважщ Z J ' рис 7в>
боя, в него опускают тяж из иескоП-учте ” 1 ‘ *
теплых в нижней части в корзино™,^^ ста-:ьиы« =>'
струкцию на металлических ити Т5 'Ную <,
Среди стальных канатов тяжа в |™аСТ',ассовмх расширит
ная труба, выполняющая роль ииъектораРарЮ»°ЖС"г
зинки анкера на трубу надет прочный ХщюЛРХНей
через клапан которого подают раствор₽Й
рРПГТИР UHTOUтгкгзтг игл,-,-* t
тальные за его пределами в зоне'заделки
раздувеГе“"о?™™ ЕрХику' ,’™‘ ““₽» "
р„„я ура„.ора „.’л,* srsz
ния, раствор проходит по инъекционной трубе в “сX " Z
заполняет ее и проникает в поры и трещины окружающего гр-
Вся система стальных канатов и инъекционной трубы, на-
чиная от пакера, помещена внутри пластмассовой трубы/Однако
в отличие от конструкции системы Бауэр здесь пластмассовая
труба служит для подачи под давлением антикоррозионной пас-
ты, которая защищает от ржавления канаты анкера.
Оборудование для приготовления и нагнетания растворов з at -
керные заделки весьма разнообразно, но в общем того же ила,
что и применяемое для закрепления грунтовых основании.
9.3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ОЧИСТКА ГЛИНИСТЫХ РАСТВОРОВ
Строительство стен в грунте и некоторых типов буронабивных
свай было бы невозможно без широкого применения глинистых
растворов без добавки и с добавкой цемента. Использование гл -
нистых растворов требует организации на строительстве довольно
сложного комплекса [33, 49] емкостей, насосов, трубогт -
водов, мешалок и различных очистителей раствора от пс падаю-
щих в него продуктов разрушения грунта, а также деррик-кра-
нов (рис. 9.18).
Технологический процесс приготовления и очисти
глинистого раствора начинается от растворомешалки а, ^отку
трубопровод 4 подает его в траншею, где работает бурово i меха-
низм 9 с деррик-краном 7. В зоне разработки грунта наход уч
эрлифт, всасывающее отверстие которого расположено рядом с о, -
ром. В эрлифт от компрессора 8 подается сжатыи возду кого-
внй захватывает раствор и вместе с продуктами разраб»
оубе 4 напвавляет его вибросито 2. Отсеянные там куски труп-
;sy? „ocSZ"’«\ра«е,»Рл«„ р "“-„xs,
сита, идет в резервуар 0>,„еивыЛ раСт«ор нз
дальнейшей очистки в гидроцикло! • п ^ткгла гпязевый
лона <? направляется во второй резервуар 10. откуда ;
Рис. 9.18.
водства и
нистого
Схсма пр0113
очистки \
раствора
ргп снова в траншею. Неизбежные при очистке
^бавия"
«Р»»»’»’ с вмой ° «’«
№Р»М"’«с““"“7“отеп™ работе этого смесителя (рис. 9.19)
Смеситель СПП . Г Р KV 4 где его захватывает струя
глинопорошок загружаю первой 'приемной емкости 1, и через
раствора, п0^-п^Ю“ ав7яетРв емкость 2 дополнительного пере-
мешивания Туда же поступает и вода из трубы. Приготовленный
оаствоо перекачивают во вторую емкость, где установлен второй
К который ПОД напором подает раствор в напорную магист-
раль 7. Вентиль 8 позволяет направить раствор через расходомер
9 в траншею или через обратный трубопровод 10 и насадки / в,,
вторую емкость для дополнительного перемешивания. Плотность
раствора измеряют датчиком 6, расход расходомером 9, уровень
раствора во второй емкости датчиком 6 предельного уровня.
Производительность смесителя до 70 м3/ч, мощность
электродвигателей 56 кВт.
Смеситель-диспергатор НИИСПа. В суживающемся книзу ме-
таллическом корпусе смесителя (рис. 9.20) расположена вращаю-
щаяся горизонтальная труба-ротор 7 с перфорированными стен-
ками 6, которая приводится в движение электродвигателем /. На
левом конце ротора укреплено колесо 8 центробежного насоса.
В корпус диспергатора подается вода и комья глины. Вращающий-
ся ротор, через перфорацию всасывает раствор внутрь своей тру-
198
/5-A
i
п^рт»тор НИИСПэ
циркуляционное окно 3,
6 для допол-
______1 ра-
растворосмесителя диспергатора
бы и выбрасывает его в напорную камеру 4 где оаствоп г—я
мается кверху. В этой камере имеется г- ' Р ? по->'- -
через которое часть раствора юзвХ^тся'^орпк 5 для д.-д
=^Г°,п"ереМеШИВаННЯ- Через штУцеР 2 11 шланг готовый
створ поступает в траншею.
Производительность р
4—5 м2/ч, мощность электродвигателя 10 кВт.
Для перекачки раствора применяют поршневые грязевые насо-
сы с подачей 13,5 60 м3/ч при давлении 5—10 МПа с электродви-
гателями мощностью от 28 до 74 кВт, а также центробежные
шланговые насосы с подачей 150—200 м3/ч при давлении 400 кПа.
Вибросита и гидроциклоны. Для очистки глинистого раствора
от кусков разработанного грунта применяют вибросита (грубая
очистка) и гидроциклоны (окончательная очистка).
Загрязненный раствор поступает равномерным слоем на сетку
вибросита с отверстиями диаметром 0,25—0,35 м. Сетка соверша-
ет 1400—2000 колебаний в минуту. Крупные частицы задержива-
ются сеткой и направляются в отвал, а грубоочищенный раствор
проходит сквозь нее вниз. Пропускная способность вибро-
сит 20—60 л7с, мощность двигателей 2.8—5,6 кВт.
В гидроциклонах используется центробежная сила быстро вра-
щающегося загрязненного глинистого раствора, под влиянием ко-
торого песчаные частицы, прошедшие ранее сквозь вибросито, от-
жимаются к коническим стенкам аппарата и скользят по ним
вниз, откуда уходят в отвал, а очищенный раствор от^асыв^е-кя
из верхней части циклона.
В циклонах очищают растворы, содержащие тве.дые час.и-
цы не крупнее 4 мм. В отечественных гидроциклонах можно уда-
лять частицы диаметром не менее 0,06 мм.
Гидроциклоны объединяют в группы до 4 шт в каждойв^сов-
мещают на одной опорной раме с '4Сгу_2 Она имеет
устроена сито-гидроциклонная уста «пшиостью 28 кВт
2 вибросита, 4 гидроциклона, электродвигатель мощностью -8 кВт.
Производительность установки 60 л с. $
та пястворы для противофильтпат.
г л И н о и е м е н тн ы е Р нсПрОНццаемости сборным ст₽,0"'
ных завес и для придан анатогичным способом, «о все опера
отпадают.
9.4. СООРУЖЕНИЕ СТЕН В ГРУНТЕ
строите;. _
женин и новые з
яспоостраняется в транспортном
„ л стен в грунте новые способы их спору,
строительстве очень )ы [33> 49 5 Ь в грунте устрапвалив
жения и новые й Первые 0 секуЩихся между со.
Разраоотка тр шихся иЛИ час ельная особенность их
виде ряда с0ПбрИ онабивных сваи .°ч’ивается постепенно, каждый
бою в плане б>Р°«аина стены ^^ противодействует обвалу
разума двойной Д’^Хе^ассы вплотную с эксплуатируемыми
грунта даже при р
зданиями.
Другой вариант устройства стен в грунте из секущихся свай
предусматривает ведение работ захватками длиной от 3 до 6 м,
разработку грунта виброгрейфером продольно-вращательного
действия и может применяться в мягких породах. После проходки
первой скважины в нее устанавливают инвентарную стальную
разделительную трубу, которая фиксирует начало захватки, за-
тем бурят все остальные скважины в пределах намеченной за-
хватки, соблюдая их взаимное пересечение в плане. Так образу-
ется сплошная траншея, которую после установки арматурного
каркаса заполняют бетонной смесью методом вертикально-пере-
мещаемой трубы (рис. 9.21).
Длину захватки назначают от 3 до 6 м в зависимости от
расстояния между зданием и траншеей и глубины траншеи таким
ооразом, чтобы не возникла опасность обрушения грунта. В. С.
Кириллов [25] приводит следующие формулы:
если L Н < 2, то L < 2/;
если ^'2, то L (tg 45°—0,5'т),
где II — глубина разрабатываемой траншеи;
L — длина захватки траншеи;
I — расстояние от траншеи до соседнего здания;
ср — угол внутреннего трения грунта.
Траншеи под стены в грунте очень удобно разрабатывать
специальными гидравлическими экскаваторами с шире
захватными грейферами на жесткой подвеске. Их гидромехани
мы развивают большие усилия, обеспечивающие разработку плот*
ных грунтов. Для придания строгой вертикальности стенкам тр
шеи имеются особые направляющие щитки. Ширина траншей оо
чно 0,6 м, а наиболее мощные машины могут рыть траншеи 1
риной 1,2 м при глубине до 60 м.
Рис. 9.21. Этапы устройства ----------
виброгрейфера и последующего "за^олиеиия'бетонной
прГвлХегГтруЖ -
укладка бетонной емееЦверт'и
Этапы устройства
1Р^еЛ..И3...пеРесекаЮ1ЦИХСЯ скважин с пожиаью
' смесью с помощью ВПТ:
правляющего трубчатого Э1емёнта~“’//7’*',к',пл^.Т?,ОМ: 11 ~ опУсканне инзентарнсго на-
......_*р>и7атого элемента. III — последующая проходка скважин: IV - ваб»?-
I 1 U Z”Ч И Т 9 \ . W в 9 9 Т . . . — - — -
бинными вибраторёмиГна'плён^^ля^е iSa ° КИЩ€ЗЫМЯ
Интересно отметить, что реконструкция коллектора р. Неглин-
ли в центре Москвы была осуществлена с помощью устройства мо-
нолитных стен в грунте с применением такого экскаватора (см.
В Японии в качестве рабочего органа используют вращающие-
ся режущие инструменты, смонтированные на общей буровой го-
ловке вместе с электродвигателем и трубами для сжатого возду-
ха и глинистого раствора. Его используют вместе с механизмами
глинистого хозяйства (см. рис. 9.18).
Оригинальную конструкцию имеет барражная машина конст-
рукции ВИОГЕМа, у которой две накладные режущие штанги с
твердосплавными резцами подвешены в наклонном положении к
платформе, движущейся по рельсам вдоль траншеи. Грунт раз-
рабатывается резцами, которые периодически прижимаются к пе-
редней стенке траншей качательными движениями рабочего п-
гана.
В Минтрансстрос СССР для проходки траншей применяют по-
следовательно дна механизма. На первом этапе с помощью
станка МБС-17 бурят вертикальные скважины с расстоянием ме-
жду ними, соответствующим раскрытию челюстей широксзахват-
Рис. 9.22. Сечения обделки форшахт при устройстве траншей для стен в
а — железобетонная обделка без распорок; б — то же, с распоркой; в — То ж РУНТе;
ной распоркой; г — металлическая обделка с засыпкой; д — то же, без засып ’ с Двой
распорок пк” н «*
г-ит из целиков выбирают грейфе-
„„ ”аш"“ - “с“”аторе “
йЛЬ ^„"трассы траншеи защищают о, раз.
^Поверхность грунта ВДОЛЬ*Р „аший. Для этого траншеекопа-
‘₽ния при работе грейферных _ прокладывают пионер.
,Р ”» ротор».™ «" 1-2 » » “"Р“В0Й “ °.2-
ную траншею - ФЧШ**Шеи С обеих сторон форшахты укреп-
03 м больше основной *Р из железобетона (рис. 9.22) дли-
л’яют Сборные угловые накладк дднне захваток в ^ра„.
ной (по 6 м), соответству юш i т через одну (рис. 9.23).
шее. Захватки разрабатывают и захватках закончены, те же
После того как работы на «е забетонированными ранее
работы повторяют на четных / раствора сначала выбира-
ПеГРуЙ:РШ-Ы3апШо"«юнцах("захватки до проектной отметки
дна, а затем выбирает оставшийся между ними целик. После
окончания выборки тщательно очищают дно захватки от про-
дуктов разрушения грунта.
и устройства стен
/ — выемка грунта из первой
III — выемка грунта и;
таковки арматуры; V —
машина; 2
-.......—ахедьность устройства захваток траншеи
В грунте [25]:
— выемка грунта из перемычки^н' tIyZ 3аХВа/Т^е: 11 ~ то же’ из ВТ°Р°Й скважины.
>вки аоматупм- и . начало выемк rnvtTTKae’ V ~~ бетонирование захватки после W
— широкозахватный грейЛеп-₽?НТа И3 пР°межУт<>чной захватки; / — ба^5нЫе
инвентарные трубы- 5 ^’ап глинистый раствор; 4 — разделитель
арматура; 6 — бетонная масса
202
Устройство МОНОЛИТНЫХ
смесь укладывают с ппш,. 0Ниых стен * го\и-т. г-
мой трубы Поочередно в заранее 1?/ И * а Л ь и ° 2 У”
отделяют друг от друга. на ™ В“Д^енные ^:<ват<ктГ(?ыв
ними стальными трубами или остя?^ В°ДСТЕа ра6от иимжГэр-
тонными разделительными элемент^ Ыми на 'лк~°- * '
Качество бетона в бочыпо’МИ’
процесса бетонирования снизу Ичов₽™ЛВИСИТ от '.-.л
попадание глинистого раствопя 2?22У'г ! котоРоч иск.-/. •, -я
бетонируют и разрабатываю?тоже‘«орГаННСЙ ыадки- За затки
После схватывания бетона в чти? ™ ₽е3 одну по х1ике траншеи,
нимают грунт и бетонируют в оставпштг°Че₽еДНЫХ захвапа 3J-
ках. Р> оставшихся между ними промежут-
Создание надежных, герметичных вертикальны - ст hi о»
(швов) между бетоном, заполняющим соседние захвати г',е?
первостепенное значение для качества стены в грунт и во? б'-
ности для противофильтрационных завес. ’'
При устройстве герметичного шва с металлическим гидроизо-
ляционным листом (рис. 9.24) первую разделительную труб',
танавливают в конце первой слева захватки. Ее диаметр должен
быть равным ширине траншеи, а длина — ее глубине. Вдоль ле-
вого бока этой трубы прикрепляют вторую параллельную тс
ку меньшего диаметра. В ней имеется прорезь, сквозь-которую
по всей высоте проходит гибкий гидроизоляционный лист с утол-
щением на левой кромке. Трубу крепят в вертикальном положе-
нии. После очистки захватки от грунта и опускания арматурного
каркаса бетонируют первую захватку (слева от трубы) методом
ВПП (рис. 9.25), при котором в бетонной кладке по всей высоте
образуется паз для гидроизоляционного шва, а в бетоне—заде-
ланный на половину своей ширины изоляционный лист.
Затем разрабатывают грунт в соседней (правой) захватке и
очищают паз в затвердевшем бетоне с изоляционным листом.
Наконец, тем же методом ВПТ заполняют бетонной смесью со-
седнюю захватку после установки в ней арматурного каркаса.
В результате получают прочную и водонепроницаемою монолит-
ную стену в грунте на всем протяжении.
/ 2 3 4 5
водонепроницаемых лэоз
в грунте и противор ’.'ь~?з-
Рис. 9.24. Последовательность 1—1II устройства
между смежными захватками в монолшных стенах -- гждроязоля-
ционных завесах с помощью инвентарных труб и уплотнительных .ндрснзол^
ционных листов:
/ — бетонируемая первая захватка слева 2Р'р«\Литедьа^<^тьзл11
овиый лист с утолщением; 3 - труока ° * удаления труб и зачистки; . -
труба; 5 - свободная захватка; то ^ХТзаоатха
203
Рис. 9.25. Вертикально перемещаемая труба
(ВПТ) для бетонирования буронабивных свай
и стен в грунте:
а — вышка с воронкой н бетонолитной трубой, б —
опорная шайба; в — быстроразъемный замок; / — во.
ронка для укладки бегонной смеси; 2 — вышка; 3—
бетонолитная труба
Для приема бетонной смеси служит воронка в нижнеп
части, к которой крепится металлическая труба, подающая смесь
в траншею. Кроме того, в комплект входит опорная шайба, бы-
строразъемный замок и секции бетонолитной трубы диаметром
280 мм и длиной 150 мм, соединенные между собой быстроразъ-
емными замками.
Каждая секция имеет упоры, которыми она опирается на опор-
ную шайбу, лежащую на форшахте при удалении очередной сек-
ции трубы.
Бетонную смесь укладывают после того, как в траншею опу-
щен и раскреплен в ней арматурный каркас стены. Однако в ря-
де случаев перед опусканием каркаса, методом ВПТ устраивают
и бетонный монолитный фундамент по длине траншеи, на который
позднее опирают каркас.
Бетон обычно имеет М 2004-300, крупность заполнителя Д°
50 мм осадку конуса 16—20 см при максимальном времени схва-
тывания. Вначале бетонолитную трубу опускают в траншею так,
чтобы ее конец не доходил до дна на 30—40 см. Затем в воронку
выгружают бетонную смесь и после прекращения ее движения 1
трубе включают вибратор <на воронке. В процессе вибрирования
труоу медленно поднимают до того момента, когда вся бетонная
УИДеТ И3 вор°нкн- Этот чикл повторяют несколько раз »a
захватке* По мсРе необходимости бетонолитную тРУб)
укорачивают за счет снятия очередного звена. Укладку прекра'
204
тают, когда бетонная смоги
шахты. сме<|' появляется ня А
Трубу необходимо nornva
можно глубже, однако низ tdv6u7' В 6и')н"У« , ... ( .
в котором уже началось схваЙва^Т ®*гь •«« «*
Полное опорожнение трубы недопустимо”^ подаю'’ «прерывно
фицированнои бетонной смеси с УзТП0лнитД₽ад * трубы «’<*’•-
при осадке конуса 18-20 см согДги2 елем не кРУПиее 2 я
при нахождении трубы в бетоне на п2г-ЫТаМ пРекРашается
те бетонной смеси в трубе выше 3 м уровня ™ ’ "**'
створа. м } ровня глинистого г г
Устройство противофильтраиионныу ,
таких завес заполняют тожеР методе м ВПТ ШиРокие транше:-
смеси используется медленно твев ле1’„"2 -вместо бетони™
СТВОр. алснно твердеющий цементный рг
Противофильтр анионные завесы отличаются от обычных стен
в грунте прежде всего отсутствием арматурного каркаса, так как
они обычно не подвергаются опасным деформациям изгиба Н
ГН П Twrwiaiiua э-тдлг т,..--
гидроизоляция здесь имеет самое
большое значение, в то время
как в стенах в грунте, устраива-
емых в сухих
нужна.
Сказанное
сам, ширина
0,6 м, т. е. примерно такая
как и у стен в грунте.
В горизонтальном сечении за-
веса такой конструкции имеет
довольно сложный вид (рис.
9.26). Кроме того, при встрече с
трещинами или прослойками, за-
полненными хорошо фильтрую-
щим материалом, помимо верти-
кальной завесы в грунте возни-
кают еще и горизонтальные вы-
ступы раствора неправильной
формы. Но в конечном счете все
пути фильтрации пресекаются
глиноцементным раствором и под
небольшим напором завеса но
лучается достаточно прочной/
Устройство сборных железо-
бетонных стен в грунте^ Для та-
ких стен траншеи разрабатывают
под защитой глинистого ра-
створа отдельными захватками.
Стыки между элементами с ор
пых стен предусматриваются их
грунтах,
она не
ОТНОСИТСЯ
которых
к заве-
порядка
1 же,
0
Рис. 9.26. Устройство траншей xs
тонкой противофштьтрационной заве-
сы Солетанш:
а — рельсовый капер с двутавровой вер-
тикальной балкой для выт рамбовызазжя
ребристой траншеи; б — де-аль jcjcw
ного разреза траншеи на учасг<е двух
последовательных у даров ко ра л> сме-
щением справа налево. I — кодер - —
траншея
_____________________ обеспечивается медленно
понппаеМ0СТЬ пями вместо обычных гли-
К11ИСЙ а в0Д0Не₽нтными РасТВи°иРаНия разработки захватки
л s-™““ р*'
8 Тразав1с, и постепенно в сборные железобетонные
ных завес, опускают соор ельности очист.
S“S™. iw“ , дальнем™ как .ертк.
меняют специальные ПР используется в Д жения, то ее внут-
Если стена в грУнт« подземного со РУ рдевшего гли.
реннюю повеРхп2СтВора; ввиду малой
затру* _______________________________________________
^ГРУгплви?Я МЕЛИОРАЦИЯ
ГРУНТОВЫХ ОСНОВАНИЙ
J
J
10.1. СОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ МЕЛИОРАТИВНЫХ МЕРОПРИЯНЛ
Расширение городской застройки в основном идет за сче- г-
воения новых территорий, которые раньше считались непои™-
ными. Это прежде всего мелководные акватории, заболоченные
участки, участки, сложенные на большую глубину рытыми во
донасыщенными песками, слабыми глинистыми грунтами и ппо-
садочными лессами, которые никак нельзя гарантировать
от замачивания после застройки территории.
Прежде чем приступить к строительству новых сооружений в
закладке их фундаментов, необходимо привести территорию в
состояние, при котором грунтовое основание станет надеж-
ным и прочным на многие десятки лет. Это достигается проведе-
нием постоянно действующих мелиоративных мероприя-
тий.
Однако и перед возведением транспортных сооружений внутри
города совершенно необходимо привести строительную площадку
в удобное для работы состояние с помощью временных мели-
оративных мероприятий, завершающихся со сдачей объекта в
эксплуатацию. К ним относятся: 1) поверхностная планировка а
защита от притока воды со стороны; 2) открытый водоотлив при
разработке котлованов и водопонижение иглофильтрами; 3) под-
сыпка песчано-гравийного слоя и уплотнение поверхности
обеспечения нормального движения транспортных средств ро-
ительных механизмов.
К постоянным мелиоративным мероприятиям нужа
отнести: 1) глубинное водопонижение с помощью песчаных и пла-
стмассовых вертикальных дрен; 2) уплотнение основания на боль-
ше гчубину песчаными сваями; 3) глубинное уплотнение слабых
шую глуоину пи. |«по| осушение и упрочнение основания
водонасышентых грунтов. 4) осуш™ие нтов с по.
известковыми сваями: 5) замена уптотнечче
верхности до глубины 3-4 м
тяжелыми трамбовками высокопор
2—3 м.
„ и воДОПОНИЖЕНИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КОТЛОВАНОВ
,ох ВОДООТЛ пЯбочей плошадки необходим д.1я
П nnriHB с поверхности Ра™ш11новатой скалы и им подоб.
ВОгпунтов кроме галечников ТР водоотлива особенно
.Р’Х» p"S ”, ‘pSS » ключе», пр» про.
важна ПРИ ° на ' „ппкня грунтовых вод, полно-
"Искусственное пони»е«ие -ВРОДЫ в котлован, необходимо
стью исключающее ПР°Х в мелкозернистых грунтах и плыву,
при разработке к°ПГтоубчатых колодцев с фильтрами отка-
нах При этом системок тр>оча у ь опускается ниже про-
чивают грунтовую воду так, что Понижение обеспечивает хо-
ктоой отметки дна строи^тьных машин в котлова«е.
рошие условия для работы с Р жными шпунтовые ограж-
В таких условиях могут оказать „ электроосмос, то
дения, а если при иос™цае°ые глинистые грунты.
можно осушать и мал°пР0”г “понижения должны быть достаточ-
Системы водоотлива и вод ах в 0ТКачке воды и за-
но надежными, та* X* тР0ПИТЬсЯ строительные механизмы и
топлении котлована <ГП котлована.
обрушиться незакрепленны в0,00Тлив обеспечивается систе-
Открытый водоотлив ЗаХана с зумпфами (приямками) для
мой канав по контур, п ,зводительность насосов и ин-
всасываюших клапанов :а к. отР тока воды. В первом при-
тенсивность водоотлива з £ коълована принимают равным
ближении приток с 1 м п- i 2 3/ крупнозернистых
Й р™-»
тывающими коэффициент фильтрации водоносных слоев.
Опоеделяют приток на основании инженерно-геологических
следований, принимая во внимание строение грунтового разреза
^Ориентировочные значения коэффициента фильтрации
(в метрах за сутки):
Галечник чистый...................................
Гравий чистый..................................... 200— 1W
> с песком.................................... 150—/ э
Песок крупный, гравелистый.......................... 100—50
» крупный........................................ 75—25
средний...................................... 25—10
» мелкий.......................................... 10—2
> мелкий, глинистый............................ 2—I
Супесь............................................ 0,7—0,2
Суглинок........................................... 0,4—0,005
Глины...............................................<0,005
Наибольший приток дают гравий и галечник, а также КРУП
зернистые и гравелистые пески. Эти грунты обладают болы
устойчивостью. Приток из мелких, пылеватых и глинистых пеС е1“,
намного меньше, но они способны к разжижению; в еще болы
208
мере это свойственно супесям т
чески водонепроницаемы . ' 1 ЯЖРЛие суглинки и
жаются, образуя скол^
Назначение водоотлив нои
рый отвод дождевых вод с новерхнос™ Ы ~ Хамить быст-
тывать воду, просачивающуюся из б котлова«а и « >ехзэ
н снизу Для нормальной работы стЕ * котл™аи W <
МО, чтобы уровень грунтовых воз ,Ux машии ' -
котлована. Однако этого не всегда «пж» Ие блИже м от ди»
водоотливом и приходится поибегя-. „ дсстичь поверхностным
нию уровня грунтовых вод другими средствам СТВеННС< '
. oS .7^e”“pSе=~Р«" —
ГРЯЭНУЮ воду. Их
при высоте всасывания 6 м и подъема от 9 Го 20 м Моин £
электродвигателей 1-7 кВт. Значительно большую мотнуть Йме-
ют одноступенчатые центробежные насосы типа НД с прХг.д,-
дельностью 90 /20 м /ч при высоте всасывания 2—6,5 м и в. ле
подъема 22 оУ м; мощность электродвигателей 14_240 кВт
Иглофильтры. Для водопонижения применяются главным
разом^ легкие и эжекторные иглофильтровые установки, эффектив-
но действующие в грунтах с коэффициентом Фильтрации от 1 до
40 м/сут (пески всех видов).
Легкая иглофильтровая установка (ЛИУ) предназна-
чена для понижения уровня грунтовых вод не более чем на 5 м.
В толщу грунта методом подмыва погружают стальные тз. бы
с отверстиями в стенках в нижней их части, защищенные от по-
падания минеральных частиц сетчатым фильтром. Верхний конец
каждой трубы-иглофильтра соединяют резиновым шлангом с го-
ризонтальной трубой-коллектором, из которого воду откачивают
самовсасывающими вихревыми насосами или параллельно рабо-
тающими насосами: центробежным для воды и вакуумным для
воздуха. Высота всасывания насосов ЛИУ не менее 8 м. Расстоя-
ние между иглофильтрами зависит от свойств грунта и опре^ел •-
ется расчетом. Иглофильтры располагают по контур} внемли.
По мере углубления котлована при необходимости устраивают
последующие ярусы ЛИУ через 4—5 м по глубине.
Производительность одного комплекта из 100 иглофилы^здо-
ставляет 120 м3/ч, высота всасывания насоса 8 м, высота подъема
воды 40 м, мощность электродвигателя 21 к _,vfiH4v па м
Для понижения уровня грунтовых вод на глубин) до - м
используют эжекторные иглофильтр ' 5ж‘ектор’яа-
грунта забирают водоструйным пэ.хч- '• благодаря пода-
ходится в нижней части иглофильтра и Раб^ Дл,
че в него воды от высоконапорш. ' а диРаметром 64—
этой цели внутри наружной .р,_ -' •; * диаметра, питающая
102 мм проходит напорная груба Д^ гр>
эжектор. Эжектор в^ас“ва" с'напорной струей подает наверх,
фильтр нижнего звена и вмесг .
---------------——--------------поступает в циркуляцион-
---------------„итооа вся вода оваПОрный насос и сно-
-л. 113 КОЛЛвотыРзаб»РаеТ „^ откачивает для сброса в
»п Часть воды тальн>ю о*
нЫЙ в эжектор , 5 и эИ-4 производитель-
““ Сточную сеть. nunnKax типов ст- ’fi__ jgO м3/ч при расходе
“'3»"“Ч’Пае
той воды L?-4’ ' „рняются центробежные насо-
•в эжектор приме« оса вады из циркуляцион.
насосы типа грунтоВЫХ вод в
Эффективности пои суглинках, илах
ф- песках, супесях, водОпонижения, ко-
установки вакуумн°^а!1Ка 0>4_0>06 МПа
В коллектор
ва направляет в
эжекторных
ность 1
[=31
Для подачи воды
сы типов НДВ, НД ок
ного резервуара в водос
J MW» "»Р«3“
торые создают в иглофи. р
[531. Р птохой водоотдачей и коэффициентом
1 Ь глинистых грунтах с п-чо^и^^ g л е к т р 0 с м о т и ч е с к о е
фильтрации ниже 1 м/сут ПР едьН0 рядам иглофильтров в
водопонижение. С этой ,цельюР же глубину. Эти Стерж-
грунт забивают стальные стер ом цепи постоянного тока,
ни соединяют с положительны. ? к трубам иглофильтров,
а отрицательный полюс п Д - возрастает. Напряжение тока
““ ' “уШа“0Г0 ГР,В'
Рис. 102. Копровая машина Али-
мак на устройстве геодрен:
I, II, 111 — готовые геодрены, IV —
погружение геодрены
Рис. 10.1. Геодрены (поперечные
сечения):
/ — пластмассовый ребристый вкла-
дыш; 2 — оболочка из неразмокаю-
щей пористой бумаги (картон); 3 —
пузырчатый пластмассовый вкладыш;
4 — оболочка из пористой полиэфир-
ной пластмассы
210
га. Однако в этих случаях .. .
ры против поражения электп/™ имы м'
Геодрены. КруглосутоД
СОВ при водоотливе и водоПп«„'°Та Haf°"
больших котлованах сопряжХ '™ В
тельным расходом электроэнергии0 п а',И'
му постоянное водопонижение рассчит'
ное на весь срок эксплуатации строящегося
сооружения, требует совершенно Sx
ш:одрен’ "олу™₽вуШих
распространение в Швеции и Японии и пр
монтировавшихся на Международных
выставках в Москве. F
Рис. 16.3. РсScBr'T’ia
полая игла
тальное сечение) с ито-
женной в нее геолреяой
в роликовом нас-23...го
шем механизме:
/ — полая игла; 2 — ге-
ол реи а
^Геодрены — это специальные уст-
ройства из неразмокающего картона или
пластмасс, которые принимают грунтовую
воду из осушаемого массива, фильтруют ее
в своей внешней микропористой оболочке
и затем транспортируют вверх по ребри-
стому или пузырчатому плоскому водоводу
к горизонтальному дренажному слою на поверхности плота'ки
(рнс. 10.1).
Обычная ширина геодрен около 10 см, толщина порядка 0.3 см.
Их выпускают в виде лент, скатанных в рулоны, кусками длиной
200—400 м на стальных барабанах.
В осушаемую толщу геодрены вводят специальной самоход-
ной машиной высокой проходимости, имеющей вид копра на
гусеничном ходу (рис. 10.2). Рабочий орган машины — стальная,
полая игла ромбовидного сечения, в полость которой вводят нача-
ло ленты геодрены и зажимают в ней во время вдавливания иглы
в грунт специальным механизмом (рис. 10.3). Максимальное уси-
лие внедрения 150 кН, наибольшая глубина 30 м от поверхности,
скорость погружения до 1,3 м/с. По окончании внедрения зажим
иглы расслабляется, иглу вытаскивают, а геодрена остаемся в
земле. На поверхности обычно выступают отрезки длиной 3 м,
которые засыпают фильтрующим материалом толщиной —. см.
Геодрены размещают по сетке квадратов на расстояниях 2 3 м
друг отдругаР При длине геодрены 28 м, производительность ма-
“у™»?™ P“»we»8 деформирует грунт
устройство геодр ..явление повышается слабо и для то-
и не уплотняет его. Поровое давле в ^дрену и подня-
то чтобы грунтовая вода »ачал^рю родимо площадку с по
маться вверх к Филь^>">“®ьй0 создаваемой насыпью или подуш-
верхности нагрузить специально uwi
кой под строящимся с00₽у*®™е^’лый путь фильтрации воды
Для геодрен характерен очень мадьш пу^ Р?
по грунту от средней^точки « да н консолидацИ!0 1?е-
во много раз ускоряет процесс
нированного слоя.
аа I;, rnviiTfl) И водопропускная (вдоль дПе.
бп^н^геочрсн достаточно велики и приближаются г
<способности вертикальных песчаных дрен диаметром 18
кон же спосоонис! н геодрен —малая масса притю-,
Другое 1ПРСПМ; “1 ый песок который часто приходится дост^'
го материала, а крупный иссоп, п г ^истав.
лять издалека, не нужен.
К Та-
„ 1 с"
"Рчвозно.
10.3. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДРЕНЫ И СВАИ
Геодрены — последнее достижение в области глубинного осу-
шения грунтов. До них эту функцию выполняли предложенные
Ю. М. Абелевым песчаные вертикальные дрены, которые продод.
жают широко использоваться и по настоящее время [3].
Песчаные дрены. Они напоминают буронабивные сваи. Однако
вместо бурения скважин в осушиваемый слои погружают вибра-
тором обсадные трубы с заостренными наконечниками, которые
уплотняют окружающий грунт без извлечения его на поверхность
Расстояние между трубами 2—5 м, диаметр 42 60 см, толщина
стенок 15—24 мм. Перед погружением труб поверхность осушае-
мой площадки планируют и засыпают слоем песка толщиной
0,5 м, который обеспечивает движение шагающих или гусеничных
машин. Трубу погружают на заданную проектом глубину, остав-
ляя на поверхности конец длиной не более 2 м.
Заостренный наконечник в нижней части сваи снабжен
Рис. 10.4. Песчаная свая
(разрез):
“°* Д2е-₽>'Жч„Г?а^,С™й
«•уалЖедный3 груН-?;РИР°/Н^
контчр песчаной сваи- 5 —
eCo i нааНпгЙ ДРСНЫ- устРаива-
' на первом этапе: 7 —
плотный грунт
механизмом для раскрытия перед
извлечением трубы из грунта.
При устройстве песчаной дрены вна-
чале обсадную трубу с открытым нако-
нечником заполняют песком, порциями
не более 3—4 м по высоте и одновремен-
но трубу извлекают краном из грунта с
помощью вибратора; при этом песок
внутри трубы уплотняется. После уст-
ройства всех песчаных дрен поверхность
площадки засыпают фильтрующим во-
досборным горизонтальным слоем из
песка, гравия или шлака с коллектором
для отвода воды.
Вода из песчаных дрен начинает по-
ступать наверх, как и в геодренах, толь-
ко под действием нагрузки на поверхно-
сти от насыпного грунта или строящего-
ся сооружения. Применение песчаных
Дреи сокращает срок консолидации осУ"
ш а ем ого слоя в десятки раз.
Песчаные сваи. Эти сваи представ-
ляют собой дальнейшее развитие идеи
с ^<9^1НЫХ[з]^>еН И пРимепяются в
Рис.
буро
ком
10.5. Агрегат Алимак (шнек с
м) с полукольцевым наконечни-
ка устройстве грунто-известня-
ковых свай:
— готовые сваи; IV — бтэ в н?--
нем
си;
Заострец11ый
сно-
ТРУ-
песча-
- до-
* нако-
котором
пригод-
Будучи
сваи.
буронабивных,
Вначале устраивают
ну» дрену. Затем - пе
наконечник обсадной"тглХ
ва замыкают и погружают
бу в ранее устроенную г.
ную сваю на 80% от р
стигнутон глубины. Потом
печник раскрывают, в обсадную
трубу насыпают песок и втопич
но извлекают ее из грунта (рис
В результате диаметр цилин-
дрической песчаной сваи поу-
чается примерно 60—70 см вме-
сто 40—50 см у песчаных ’дрен
Грунт в междусвайном прост-
ранстве уплотняется гораздо
сильнее и несущая способность
основания в целом значительно
увеличивается, а модуль дефор-
мации в среднем повышается до
такого значения, при
поверхность становится
ной для застройки.
Известковые
разновидностью
они целиком состоят из уплот-
ненной комовой негашеной из-
вести или смеси местного грунта
с мелким известковым порош-
ком, которые интенсивно уплотняют,
л и ч и е от железобетонных набивных
известь, внесенная во влажный грунт, на протяжении длитель-
ного времени реагирует с ним, выделяя много тепла и коренный
образом улучшая физико-механические свойства грунта.
Для устройства первых известковых дрен с комовой извесюЮ
применяли то же оборудование, что для песчаных <.вай с той лиыт
разницей, что известь засыпали слоями не более м по высоте и
уплотняли ее при извлечении обсадной трубы специальной рад -
Совкой параболического профиля. Это приводило к . "-
сечения сваи по сравнению с песчаной. ведой свет
пока ЮПИ что 33 счет гашения извести грунтовой водок свел ,
показали, .то за ci 60—80% По прошествии некоторого
нается диаметр сван сиге на W ем* Идятся известняч03Ке
времени весь массив к’нсистенцию, при которой его
сваи, приобретает ту.on.W тяжелЫми трамбовками после
можно дополнительно уплотнять
подсыпки 2-3 м местного сухого груннпя „абЫ\ вод.жз-
В Швеции известняковьк св. 1На выстаВке «Травсстр- -
сыщенных грунтов устанавлив;
положении, перед уплотнением cate-
na прицепе бункер с порошкам не-
гашеной извести
Принципиальное от-
свай и столбов в том. что
маш-83» в Москве был показан агрегат д1и
мак для обработки грунта порощ^-
мо потом негашеной извести в скважинах, Кп
торыс проходят без извлечения грунта
поверхность.
Агрегат состоит из копровой установки Ия
гусеничном ходу со стрелой для буровОг
инструмента и гусеничного прицепа с коНи.
ческим бункером для и в< «. ти, приводы всех
механизмов гидравлические (рис. 10.5). д*
регат имеет высокую проходимость и мо-
жет работать на текучепластичных грунтах'
Грунт разрабатывают буром оригинальной
полукольцевой формы (рис. 10.6), который
ввинчивается вниз, не выдавая продуктов бу.
рения наверх со скоростью порядка 1 м мин.
По достижении проектной глубины сквозь
трубчатую буровую штангу (из прицепа на
поверхности) струей сжатого воздуха под
давлением 700 кПа в зону работы бура начи-
нают подавать молотую негашеную известь.
На 1 м глубины подается 15—20 кг сухого
порошка. Емкость бака рассчитана на устройство 200—250 м свай
за 8-часовую смену. Диаметр обрабатываемой зоны 50 см, глубина
обработки до 25 м. Содержание извести в смеси 6—8% от массы
уп-
ло-
по-
ра-
Рис. 10.6. Схема по-
лукольцового бура:
/ — вертикальная на-
грузка и направление
•вращения бура при
лотнении смеси; 2
полая штанга для
дачи известнякового
-рошка в грунт; 3 —
бочие лопасти бура
грунта.
Перемешивание обеспечивается при замедленном обратном хо-
де бура, который, поднимаясь, уплотняет смесь. Под действием
влаги известь гасится и спустя 1мес после обработки прочность
увеличивается в 10 раз против исходной.
Масса агрегата с полной нагрузкой 12,5 т, давление на грунт
24 кПа, частота вращения бура 75 мин4. Скорость погружения
100 мм за один оборот, вывинчивания 25 мм за 1 оборот. Наклон
штанги бура к вертикали до 10j в любом направлении. Транспорт-
ные габариты: длина 12,5 м, высота 3,6 м, ширина 2,5 м.
Надо помнить о том, что процесс гашения извести свя-
зан с химической реакцией не только между СаО и Н2О, но и весь-
ма сложными физико-химическими воздействиями между известью,
минеральными частицами и органическими компонентами грунта.
опыты эффект укрепления грунтов известью в
^nnnuurw»^ ДЬ зависит от содержания в них глинистых частиц,
ни vnnnTwJntrГРУНТ0В’ обРа^анных известью, зависит от степе-
1 8 г/см3 можрт смеси и при увеличении, например от 1,5 до
1,0 Г/см , может возрасти почти в 10 раз. 1
мо так”же ЭкХ°мПГИ пРоектиР°вании известковых свай нсобходи-
-личными реагентами” тТа Р°ВаИИИ закРепления' грунтов раз-
ный tdvht гогтоп г/ 1ца 1 е-1ьно анализировать исход
иии и после уплотнений)ВЬ Х В0Д И плотность в исходном состоя-
" я имеющимися техническими средствами-
">«• УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТО.
При значительных нагрузка . .
имеют динамический или а ФУ«Дамент - z
формированная зона, в когоплйИ0',НЬ1й хаРактер ” °*"
грунта, распространяется глубото"^^7 "«?'• ’ ?
жат рыхлые водоиасыщен,,^ ^lax ™
ты текучепластичной или текучей £*" СЛабые Тинистые Л™,
опасность развития недопустимыхЛЛСтен,1ИИ> в о™ я - а ' т
период эксплуатации сооружения Н₽ ЛТрмаций <хш,ВЗиия в.
ставляют и просадки при замачивании лессГЛп ТСИ0с7ь ПР«'
ропористых глинистых грунтов ( lew ит по-о6ны’' ‘ ' -
вод или утечек из инженерных’сетей Re* подъема грунтов ,
дупредить путем заблаговременного до'начаЛГ^Лп''^1''
глубинного уплотнения мощными совчем₽«™. строительства,
ми машинами или воздействием взрывов ’ ’ уПЛагВйтельаы'
Уплотнение рыхлых водонасьиценных' песков. Несвязные г
лежащие ниже уровня грунтовых вод, хорошо упл™?ся иб -
циеи, вызывающей разжижение больших масс грунта п"и ков-
ром возникают взаимные перемещения и повороты зерен дкла- -
вающихся, в конечном счете, наиболее плотно. 'Наэ:™
осн )взна работа вибробулав для уплотнения бетонной смеси.
Однако они имеют малую площадь контакта с окружающей сре-
дой и малый радиус эффективного действия. Кроме того, элект -
двигатель попадает в водонасыщенную массу, что вызывает допол-
нительные трудности.
Для глубинного уплотнения водонасыщенных грунтов создав
мощный уплотнитель ВУУП-6 [21], у которого двигатель
в 55 кВт всегда находится над поверхностью грунта, а воздействие*
на грунт обеспечивается вертикальной штангой, насаженной на
его ось. Штанга имеет длину в 7 м м на ней насажены 9 кресто-
образных крыльчаток радиусом 350—500 мм. При включении дви-
гателя разжижается грунт и штанга под действием силы тяжести
погружается вглубь, уплотняя при этом большой объем грунта.
Продолжительность одного цикла уплотнения 15мин, произво-
дительность уплотнителя 170—200 м-'ч, масса агрн 3 ' ’ т- ” '
ходимая грузоподъемность базовой машины к -
.........
объем к0Т°Р“*бр0агрегатом. Поверх Упл°т«е“ьои
кгтяй»- »«»
жуточного слоя. Расчетная i пенетрометром показал, что в
Контроль уплотнения к0ПНЧ ченне вдавливанию конуса увела-
результате уплотнения сопротивление вд
170—200 м3/ч', масса агрегата 3,4 т, необ
С помощью
вибромолотом на пружинной
пили 1,2 млн.м3
100 000 м2 при
(см, рис. 1.5). В 1982 г
нов, внутренний
засыпки проводили тем же
Табл|,Ча ю . „ . «.жно-уплотненных песчаник грунтов 0-1
СВОНС1 Обтечн строюельет.» и уплогн.емне грунты Толшннз уплот- няемого слоя, м Удельны!) вес скелета тс, кН м« Сте»>ень п “ости т* J • d
Набережная уголкового типа, песчаная ^Набережная козлового типа, песчаная засыпка Больверк, песчаная засыпка Грузовой причал, естественное основа ние и засыпка колодцев оболочек диамет- ром 5 м 4 4 5 6 19,6 16,9-17,4 17,2 17,3 0,96 0.83-0,90 О»85 °’80'~0,9о
1 поверхности при уп;
зависимости от толщины
чилось с 3000 до 10000 кПа. Осадка
составляла от 0,3 до 1,5 м, в зависимости! ш.нцнны слоя и
свойств грунта.
Уплотнение слабых глинистых грунтов. Виорация сама по себе
малоэффективна для уплотнения связных глинистых грх нтов, так
как она не вызывает взаимного перемещения и переупаковки
мельчайших глинистых частиц, находящихся в доле действия
э. 1 ектром ол екул я рн ых си л.
Однако с помощью вибратора в водонасыщепный гли-
нистый грунт легко погружаются трубы с заостренными наконечни-
ками того типа, которые используются при устройстве песчаных
дрен. Аналогично устройству дрен и в этом случае, извлекая тру
бу, заполняют скважину сухим грунтом или тем же песком. При
этом общая плотность обрабатываемого массива увеличится.
Рабочий орган глубинного виброуплотнителя представляет со-
бой трубу с вибратором в нижней части. В мягкие грунты она
погружается при включенном вибраторе под действием силы тя-
жести, а в более плотных погружение стимулируют подачей воды
или сжатого воздуха под трубу. Трубу с раскрытым наконечником
извлекают в несколько этапов, на каждом из которых ее частично
заполняют грунтом или песком.
т)Ч1ш^Нпп^ОбХОДИМОСТИ более С11^ьного уплотнения такую же опе-
, ацию проводят в том же месте.
ЭтотПс= ие ?амочениь,х просадочных грунтов энергией взрыва,
кг на стооитеткгт! кр^пн0масштабнУю производственную провер-
Г. Грозном, в оезупктя°ДНОГО газ<)ПеРеРабатывающего завода в
сокращены сооки гтпЛе Г1Рименения взрывов были значительно
средств. Р ыельства и получена большая экономия
30 м, которые просадочных грунтов глубиной Ю—
этого А м состоянии водой не насыщены. ДлЯ
всю уплотняемую толщу через
м2 дневной поверхности 12—1°
этого Предварительно замачивают
дренажные скважины (иа JQO у
скважин). Устья скважин о U - ______
акрепляют инвентарными оголовникз-
Н длиной 500 мм массой 3,25±оп’ ка1ММ""ИТЗ'1иа’и«Р^"*
11Ь\Т.3.рЫТТ.Т2У.бок заваривают «а*[±*л“й Нижзие .
трубкой и стенками скважины~Та?ПростРа*7£ * 'Х'.-”
I ; СКвХ" с ЛеСад“-
У воду в заранее обосио-
™?.РЫВЛЮт заРяды в скважинах по
с интервалами
лось до бООвзры-
площадке эквивалентен
В .каЖ^1?„^ВапЖИ,,у 0ПУСкают
и длиной 500 мм, массоГзТТ пТ-’ а’'м,'"итз
цы взрывных трубок заваривают с?а111„ -жмяе ко
трубку пропускают детонирующий шнТпДГ’ИНтками Г‘™»-
1 скважины
щеонем, после чего заливают в
ванной дозе.
По окончании замачивания г
ГЙ2Я5 аТ„“ К.Х” *«•=
12-балльнои сейсмической волне. За 3_ч -тип-
плошадь от 10 до 100 тыс.м2 Днеи можно обработал
Поверхность грунта резко оседает на глубину около I
при уплотняемой толще в 10-15 м, а затем еще мере, 1 мес наб-Т
дается дополнительная осадка — на 0,2-0,4 ? ^сна>л.
Безопасное расстояние от места уплотнения вззы-
вамп до эксплуатируемых зданий нужно определять расчетами а
г юверять в натуре перед началом основных работ с применением
многих зарядов.
Взрывной метод не обеспечивает должного уплотнения верхне-
го слоя толщиной 2—3 м, который необходимо обработать дсп.>
нительно механическим путем.
Уплотнение тяжелыми трамбовками. Трамбовки массой з не-
сколько тонн для уплотнения оптимально влажных грунтов, а так-
же для песков с водонасыщением не более 0,7 впервые предложил
Ю. М. Абелев[3]. Впоследствии оказалось, что тяжелые трамбов-
ки можно применять вообще во всех случаях, когда после
8—12 ударов по одному месту поверхность опускается на 40—90см.
Вначале трамбовки изготавливали из железобетона б форме
усеченных конусов, обращенных основанием вниз. Теперь перед
стальных листов, собираемых в пакеты (рис. 10.7). Щи
- ' [, массе 2—3 т и высоте сбрасыва-
ния 5—7 м толщина уплотняемого ’° ---
<______ _
няемого трамбовкой слоя //упл
одиночного удара следующим
несвязных грунтов:
Вначале трамбовки изготавливали из железобетона б форме
усеченных конусов, обращенных основанием вниз. Теперь перех
дят к трамбовкам регулируемой м а с с ы. которые —
из толстых •(________
диаметре трамбовки 1,4—2,4 м
Согласно данным Л Менара (Франция)
(в метрах)
выражением,
толщина у п л о т-
связана с энергией
//упл*50К^,
где IV' - - вес трамбовки, Н; м
//„ — высота сбрасывания трамбовки, .
nniiP тпамбовки, можно дооиться v...v.
Применяя очень ТЯЖ“Ь5 рв большинстве таких грунтов, ка
нения на значительную г.1)о> о(.1омков да 1 *» рыхлыЙ песча-
скальная наброска с крупное
Рис. 10.7. Схема тяжелой трамбов-
"^гравелистый аллювии, неСВЯз.
"ый насыпной грунт. Ил, илОва.
т песок, глинистые и суглини.
стые грунты могут потребовать
предварительного дренирования
.РЛ пригрузки. Перед началом
основных работ трамбовку сбра.
“Дают несколько раз с крана
экскаватора, используемого
" качестве базовой машины, и
подбирают наиболее выгодный,
оптимальный режим - высоту
сбрасывания, число ударов по
одному месту, погружение от
°ДНТрамбование вызывает силы
ные сотрясения, которые
распространяются далеко. Его
основная область применения-
ки из стальных листов, подвешен-
ная к стреле экскаватора:
1 — навесная штанга; 2 — трамбовка из
пакета листов; 3 — базовая гусеничная
машина; Н — осадка поверхности
уплотнение просадочных и рых-
лых насыпных грунтов на вновь
застраиваемых территориях, на
безопасных расстояниях от экс-
плуатируемых зданий.
При недостаточной влажности грунта его поверхность увлаж-
няют. Если грунт переувлажнен, то на поверхность насыпают при-
возной подсушенный грунт, кирпичный бой или рассыпают комо-
вую негашеную известь.
Известны трамбовки массой от 20 до 200 т, сбрасываемые со
специальных копров с высоты 20—40 м, передвигающихся на
пневмошинах на прицепе у трактора. При этом достигаются сле-
дующие результаты на различных грунтах:
ил
200
200
песок
400
350
несколько
Грунт...................................суглинок
Повышение несущей
способности, %..........................100—150
Предельно допустимое давление, кПа . . . • .100
Обрабатывают грунт тяжелыми трамбовками в ь—*—-
приемов с длительными перерывами между ними для завершен1 я
консолидации на этих промежуточных этапах. Осадка поверхно-
сти от 3 до 10% толщины уплотняемого слоя. Воронки от удаР°в
имеют объем в несколько кубометров. Верхние 2—3 м требуют
планировки после трамбования и дополнительного уплотнения
верхнего слоя другими механизмами.
СПИСОК
^ИТЕРдтуры
— 248 с.
1. А б д ж а л и м о ч Р. Ш. Остаточные деформации конструкций подзем
г7у^овРТ9ТлГ2,Т8-9ТЫХ ГРУНТ°ВЫХ °СН0ВаИИЯХ- - °— .” в и«“н.
2. Абелев М. Ю., Мел и я К. И Современные методы устройства ис-
кусственных основании в сложных грунтовых условиях. —• М 1980 _ 67 с.
(МИСИ).
3. Абелев М. Ю. Строительство промышленных и гражданских соору-
жений на слабых водонасыщенных грунтах. — М.: Стройнздат, 1983. — 248 с_
4. Адамович А. Н. Закрепление грунтов и противофильтрационные за-
весы. — М.: Энергия, 1971. — 333 с.
5 Банник Г. И. Основы технической мелиорации грунтов. — Киев.:
Вища школа, 1972. — 272 с.
6. Б у д и н А. Я- Тонкие подпорные стенки. — Л.: Стройнздат, 1974. —
191 с
7. Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов. Оснссы те-
. ории и примеры расчетов. — М.: Стройнздат, 1978 — 219 с.
8. ВСН 401-01-77. Временная инструкция по устройству фундаментов около
существующих зданий/Ленгорсовет. — Л., 1970. — 30 с.
9. Ганичев И. А. Устройство искусственных оснований и фундамен-
тов.— М.: Стройнздат, 1981. — 543 с.
10. Гибшман М. Е., Дедух И. Е. Мосты и сооружения на автомо-
бильных дорогах. — М.: Транспорт, 1981. — -399 с. — М-
11 Гибшман М. Е. Проектирование транспортных сооружений. . ..
Транспорт, 1980. — 391 с. 11яоьковА А, Черкасов И. И Меха-
12. Г ольдштеин М, Н, Ц а рь ко вл . Р !981. _ 3,0 с
платформ морозным
- Трансп._стр^во,^969,с№ 4. ^2 г11дротехн„ческ|1в сооружеиия. -
^ГдаГма'тов.Б/Й. Механика грунтов, основания и фундаменты - Ч
Гб/д'ор’ошкевич Н М, СЛа в "ввйныхК фундаментов Кпод
спериментальных исследований ра оптическим методом. Девон. ЦИНИС
вертикальной нагрузки поляризациоино Т 26 с awJT
Госстроя СССР. - М, 198 , Лд 27$ в“£ р к Особенности расчета
17. Дорошкевич Н. М, ЦИНИС Госстроя СССР,
фундаментов из длинных свай. Д
№ 2950, вып. 12, 22 с.
пика грунтов основания и фундаментов
13. Горст
пучением.-
14. Г у р е в и ч В. Б
М.: Транспорт, 1969. — 416 с.
г ~ ,
Стройнздат, 1981. — 319 с.
219
ронлняя и с
4 19. Е м е л ь я н о в
«ия
. И Ньвович Л. г>. М пр оч II И к II С. Опыт „ро
18 | г open А 1 Ь2„чаме11тов III буроинъекционных свай. _ 0 “
рокапяя и строит, n.с:ва Ч V 6 с 18—21.
фуна « ля йяег подпорных сооружений мелкого за.юи..е.
. - М. 1980 - 10^сн(МсЛтороженко А А. Несущая способность в,,,,
20. Железкой В Н.. C j Р ков ,д65 _ 32 с. (ХГУ).
голых свай неглубокого залож р я Е д„ Анисимов В. М. Способ
"" ~1Й -ОСНОТ- ФУ,и- “
ГРУТи'Хтр\-кпня по6 глубинному У~'сССВр°Д-а^Ще1982Х
"^Т^Хкц^по''"cXkXXhi Ргрунтов/НИИОСП. - М.: Стройнздат,
’^Гка^бефор А Инъекции грунтов. - М. Энергия 1971. - 333 с.
25.’ Кириллов В. С. Основания и фундаменты. - И.: Транспорт, 1980._
392 ад к И С ₽ 1 е Ч М ф Результаты наблюдений за фактической глубиной
промерзания гртнтов - Основ.' фунд. и механ. грунтов, 1982, № 6. с 26-27.
₽ 27Р К л е й н Г. К. Расчет подпорных стен. — М.: Высшая школа, 1964. -
196 с
28. Клейн Г. К. Строительная механика сыпучих тел. — М.: Стройнздат,
1977. — 256 с. гз ттл-
29. Лапшин К. С., Больсунов В. И Совершенствование системы ох-
раны труда и техники безопасности в строительстве. М.: 1980. — 52 с.
(МИСИ)'
30. Мосты и тоннели: Учебник/С. А. Попов. В. О. Осипов, А. М. Померан-
цев и др.; Под ред. С. А. Попова. — М.: Транспорт, 1977. — 526 с.
31. Опыт закрепления водонасыщенных лёссовых грунтов способом газовой
силикатизации/Б. Н. Исаев, В Ю. Зеленский, Л- П. Шувалова и др. — Основ,
фунд. и механ грунтов, 1979, № 2, с. 4—6.
32. О р л о в В. О., Дубнов Ю. Д., М е р е н к о в Н. Д. Пучение промер-
зающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. — Л.: Стройнздат,
1977. — 184 с.
33. Подземные сооружения, возводимые способом «стена в грунте»'В Ч
Зубков, Е. М Перлей, В Ф. Раюк и др.; Под ред. Е. М. Перлея.— Л.: Строй-
издат, 1977. — 200 с.
34. Проектирование и устройство свайных фундаментов/С. Б. Беленький,
Л. Г. Дикман, А. И. Кондратьев и др. — М.: Высшая школа, 1983. — 328 с.
35. Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик
набухающие грунтов/НИИОСП. — М.: Стройнздат, 1970. — 32 с-
36 Рекомендации по проектированию оснований зданий и сооружений/
НИИОСП. — М., 1978 — 375 с.
37. Руководство по проектированию и устройству незаглубляемых и мел-
коза1;Ж^^х Фундаментов под сельскохозяйственные здания нечерноземной
зоны/НИИОСП. — М, 1980. — 19 с.
инъекционных 'ваай;НИИОСП.еК- м"- Стройизд!?0^ ^ВДаМе"Т0В И3 буР°'
тых грунтах/НИИОСП. —‘М., 1980?— 38
Руководство по проектированию
1Уои. — 150 с.
41. Руководство по проектированию
ционных 1 завес, устраиваемых способом
бованных\отлованах/НИИ')ГП,РОВамЮ г УГТРОЙСТВУ фундаментов в вытрам-
43. Руководство по пооиччппД. СтР°йизДат, 1981. _ с. 20.
ний и фундаментов/НИИОСП м .У<~И пРиемке работ при устройстве основа-
„ 44. Сборник типовых инстГмКи^СТР°ИИЗДат’ 1977‘ ~ 96 с-
г. И. Подгорный. - Киев: Будильник *1983Х—НЗРс»ТРУАа “ стРоитсльстве/СоСТ’
220 " " °'
on г) '' -- х>1-- ч-<*|^ипмлдат 13OZ. — 18 С
"° проектированию оснований и фундаментов на пучинке-
c.
свайных фундаментов/НИИОСП М,
стен, сооружений и противофильтра-
«стена в грунте»/НИИОСП. — М-,
1<). Свийныг фундамритм/Н м
м, Транспорт, — 1975. — 43] '
46. Семенов Ю 10 Ог1М?
т0В газовой силикати1ацией
с. 4—6. _
фундаментов глубокого заложения
-Оевж., *«**••»»
47. Силин К. С, Глотов Н м ,
цементов глубокого заложения - м • Тп’,ри'* у г-
48. Смород и нов м. И. Радиои^опнм.”“О|П ,'*1 ~ £? ' *
бот и исследовании при устоойстй(> ”*лопиые мегомы ,
°. Дтлмизяят 1980 2. 1ВУВ ройстве фундаментов и ко . . . . ' ' •
50. С м о р о д и н о в М. И Анкеоные М ,С1?0Й:'Мат71'<;7—**г> ' *
зйиздат, 1983. - 287 с. А,|кеРга« устройства в ст^хте.^, _ ц
вечномерзлых грунтах. — Л. Сгрой-
52. Справочник проектировщика. Основания и а
---moi снования и фундамеиты/НИИ</1Л —
и фундаменты/Под ред. \< и гм<>
М.: Атомиздат. 1980. — 168 с
49. Смородинов М. И., Федот
конструкций способом «стена в грунте»
Стройнздат, 1983.
51. Справочник по строительству на
издат, 1977. — 551 с.
М: Стройнздат, 1964. 268* с
53. Справочник строителя. Основания „ <и,„даиеНты/11ол « « г
родинова. — М.: Стройнздат, 1983. — 287 с (НИИОСП^ Д Л 4 И
54. Справочник строителя. Свайные работы/Пм Ю1 м и г
М.: Стройнздат, 1979. — 167 с. (НИИОСП). ' * М И_ См0Фо**>“» —
55. Суровое А. В, Левинзон А. Л. Машины для свайных □
Справочное пособие по строительным машинам - М: Стройиздг- 1982 2.
150 с.
56. Тахиров И. Г. Применение известково-грунтовых смесей для -r- i.
ства оснований и фундаментов в условиях Таджикистана — Душанбе 19-3 —
44 с (ТаджикНИИНТИ). '
57. Техническая мелиорация пород/С. Д. Воронкевич, Л- А. Ездокхиоэа
Р. И. Злочевская и др.; Под ред. С. Д. Воронкевича — М.: 1981. — 342 с.
(Изд. МГУ).
58. Тоннели и метрополитены: Учебник/В. П. Волков. С Н. Наумов,
А. Н. Пирожкова, В. Г. Храпов — М.: Транспорт, 1975 — 556 с.
59. У д о в и ч е н к о В. Н., Яковлев П. И. Морские и речные пиротех-
нические сооружения. — М.: Транспорт, 1976. 416 с.
60. Улучшение свойств грунтов поверхностно-активными и стр; туг- 'га-
зующими веществами/Л. А. Марков, А. П. Парфенов, А П. Петраккв и ;
Под ред. II. II. Черкасова. — М.: Автотрансиздат, 1963. — 176 с.
61. Устройство фундаментов и противофильтрационных завес епге^м
«стена в грунте»: Обзор/Б. С. Федоров, А. И. Юшин, В. Д. Иванов, и др.; Г.д
ред. А. С. Снарского. — М., 1978- — 75 с. (Центр, и-т научи. и»ф. по <
арх. Госстроя СССР).
62. Федоров Б. С., Сморо.
сивный метод строительства — М
нике грунтов. — М..* Недра, 1976. — 303 с.
64. Черкасов И. И. Механические свойства грунтов
ительства. — М.: Транспорт, 1976—247 с.
65. Цытович Н А. Механика грунтов. - М.. Высшая
272 с \<
66. Цытович Н. А. Механика мерзлых грунтов.
1973. — 448 с. avmtsmphtob из свай большой хлям
67. Югай О. К. Особенности работ иск учевой стет ом
при действии центральной нагрузки Автореф. дне. на соиск. .
техн. наук. МИСИ — М, 1981. — -0 с-
4 1975. — 32 с. (ВНИИ Транса. стр-ва).
63. Ча по век ий* ~Е. Г. Лабораторные работы по грунтоведению м меха-
ДОООХсОМ С7?о-
школа, 1979. —
Высшая шжпм,
ОГЛАВЛЕНИЕ
^"^Особенности тракспортно’го фунда’ментостроени,; в 'городах ’ |
1.1. УСЛОВИЯ СТрОИТбЛЬС-Ва лтвапотлт пх< КОНСТРУКЦИЙ я
1.2. Разновидности фундаментов и родств ны • 8
13 Основные положения расчетов • • • **’*}£
1А Сопутствующие мероприятия и механизация работ . . •• 15
Глава 2. Фундаменты мелкого заложения
2.1. Конструкции фундаментов ...............................1&
2.2. Расчет фундаментов мелкого заложения .................ы
2.3. Малонагруженные фундаменты на пучинистых грунтах ... 37
2.4. Фундаменты на набухающих грунтах ...... 45
Глава 3. Свайные фундаменты
3.1. Типы свай н область их применения ...............................48
3.2. Расчет свайных фундаментов ...........................57
Глава 4. Давление грунта на сооружения
4.1. Виды давления грунта ...............................67
4.2. Строгие решения теории предельного напряженного состояния . . 76
4 3. Давление грунта в состоянии покоя и дополнительное от его пере-
мещения ...................................78
4.4. Давление грунта на подпорные стены ..................79
Глава 5. Подпорные стены, порталы и рампы
5.1. Особенности конструкций
5.2. Условия работы конструкций и их предельные состояния
5.3. Устойчивость конструкций
5.4. Расчет основания при глубинном сдвиге
5.5. Расчет конструкций по деформациям
5.6. Расчет свайного фундамента подпорной стены ' \
с V ПОДПОРНЫХ стен на прочность и трещиностойкость
5.8. Особенность расчета порталов и рамп ...
(примеры)
81
83
86
91
92
94
96
105
Глава 6. Стены в грунте и противофильтрационные завесы
6.1. Конструкции и область применения 107
6.2. Расчет стен в грунте н противофильтрационных завес : 117
222
Глава 7. Крепления глубоких котлована*
7.1. Вертикальные ограждения, распорки и анкериы*
7.2. Взаимодействие ограждений котлована с окружавших
7.3. Расчет шпунтов-консолей
7.4. Расчет свай и шпунтов с одним рядом опор
7.5. Расчет элементов крепления котлованов
Глава 8. Усиление фундаментов эксплуатируемых сооружений
8.1. Основные способы усиления
8.2. Сваи как средство усиления фундаментов
8.3. Закрепление грунтов инъекциями
Глава 9. Оборудование и технологические процессы
12Я
.'7
141
148
$4
171
9.1. Устройство буронабивных свай ................
9.2. Устройство железобетонных и металлических свай и анкеров . 1ЭД
9.3. Приготовление и очистка глинистых растворов
9.4. Сооружение стен в грунте ........................Zfi
Глава 10. Техническая мелиорация грунтовых оснований
10.1. Состав и назначение мелиоративных мероприятий
10.2. Водоотлив и водопонижение при разработке котлованов .
10.3. Вертикальные дрены и сваи ................
10.4. Уплотнение грунтов ............................
Список литературы ...............................
Георгий Константинович Клейн
Игорь Иванович Черкасов
ФУНДАМЕНТЫ ГОРОДСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИИ
Переплет художника В. К. Бисенгалиева
Технические редакторы Т. А. Захарова, Р. А. Иванова
Корректор-вычитчик В Я. Кинареевская
Корректор И. В. Каткова
И Б Ав 2686
Сдано в набор 28.12.84. Подписано в печать 24.09.85. Т-19464 Формат 6( „ .отт.
тип; № 1. Гарнитура литературная. Высокая печать. Усл. печ. л 14 Усл *‘p.g
Уч изд. л. 15,8. Тираж 4250 экз. Заказ 68. Цена 1 р. 30 к. Изд. № 1-3-1 15 № туП_ ба
Ордена «Знак Почета» издательство «ТРАНСПОРТ», 103064, Москва. Басманнг
Ордена Трудового Красного Знамени тип. изд-ва Куйбышевского обкома К
443086 ГСП, г. Куйбышев, пр. Карла Маркса, 201.
ГК Мейн, И И Черкасов
ямюиькул! жвшяип.'
В книге изложены специфика строительства фундаментов транспортных соору-
Жг4ий в условиях большого города, в непосредственной близости от эксплуа-
тируемых зданий и сооружений, а также усиление фундаментов старых зданий
и укрепления грунтовых оснований. Уделено внимание проектированию и
строительству фундаментов путепроводов, эстакад, сооружений типа "стена
в грунте", подпорных стен, порталов, фундаментов стен и колонн транспорт-
ных тоннелей мелкого заложения.
В ней отражен отечественный и зарубежный опыт проектирования и строи-
тельства фундаментов и родственных им подземных сооружений, в том числе
опыт, изложенный в материалах международных симпозиумов и конгрессов.
Показаны способы расчета фундаментов мелкого заложения, свайных фунда-
ов и подпорных стен по условиям прочности и деформируемости грунто-
г ос ований; рассмотрено проектирование малонагруженных фундаментов
а пу инистых и набухающих грунтах; приведены данные о современных ма-
шинах и оборудовании, используемых на строительстве рассматриваемых
транспортных сооружений.