Формула для визначення несучої здатності забивної палі за результатами динамічних випробувань аналогічна формулі (11.5).

Окреме значення граничного опору палі за результатами динамічних випробувань паль визначається за фомулою

(11.7)

при залишковій “відмові палі” м, який дорівнює заглибленню палі від одного удара молота, а при віброзаглибленні - від роботи віброзаглиблюючих установок на протязі однієї хвилини.

Коли м, то в проекті пальових фундаментів замінюють палебійне обладнання на більш потужніше (більша енергія удара молота), яке викличе м і тоді розрахунок граничного опору палі проводять за формулою (11.7). Якщо ж цього не можна зробити (не можна замінити обладнання), то, за наявності “відмовомірів” значення граничного опору палі визначають за формулою

(11.8)

В наведених формулах використані позначення з ст. 15 [25] ( - коефіцієнт, який приймається в залежності від матеріалу палі; - площа поперечного перерізу палі; - коефіцієнт, який приймається рівним 1 при забивці палі молотами ударної дії і за табл. 11 при віброзаглибленні; - розрахункова енергія удару молота, приймається за табл. 12, або розрахункова енергія віброзаглиблювача - за табл.13; - маса молота чи віброзаглиблювача; - маса палі і наголовка; - маса підбабка; - маса ударної частини молота; - коефіцієнт відновлення удара при забивці залізобетонних паль молотами ударної дії з використанням наголовка з деревяним вкладишем, а при віброзаглибленні;

, де

- коефіцієнти перехода від динамічного до статичного опору грунту; - площа бічної поверхні палі, яка стикається з грунтом; - прискорення вільного падіння; - фактична висота падінняударної частини молота; - висота першого відскоку ударної частини дизель-молота).

Динамічні випробування паль виконуються у відповідності з [15].

За формулами (11.7)-(11.8) можна проводити і контроль несучої здатності паль. Для цього до місця влаштованого пальового поля вивозять палебійне обладнання і проводять контрольну добивку паль, за результатами якої отримують контрольні "відмови" паль і тоді за формулами перевіряють їх несучу здатність.

Визначення несучої здатності паль за результатами статичного зондування. Статичне зондування проводиться шляхом втиснення (за допомогою домкрата і штанг) в грунт зонда у вигляді конуса. Схема випробувань продібна до статичних випробувань паль. Існують конструкції зонда, в яких вимірювання опору грунту під нижнім його кінцем і на бічній поверхні проводиться поперемінно (зонд І-го типу (рис. 11.5) - після завантаження зонда для оцінки граничного опору грунту під його нижнім кінцем проводять втиснення його нижнього кінця, а потім для оцінки граничного опору грунту на бічній поверхні зонда проводять втиснення чи витягування його кожуха В цьому випадку визначається опір грунту під нижнім кінцем зонда на певній глибині і загальний опір грунту на бічній поверхні зонда на всій його довжині) і ті, які дозволяють одночасно фіксувати опір грунту під нижнім його кінцем і на бічній поверхні - зонди ІІ-го і ІІІ-го типу (рис. 11.5).

За результатами експеримента будується графік питомого опору грунту під нижнім кінцем зонда з глибиною (рис. 11.6).

Методика випробувань грунтів статичним зондування викладена в [7].

Результати статичного зондування грунтів використовують для визначення несучої здатності забивних паль. Несучу здатність забивної палі в цьому випадку визначають за формулою

, де (11.9)

- коефіцієнт умов роботи; - кількість точок зондування; - коефіцієнт надійності для грунту, який визначається за результатами статистичної обробки експериментальних результатів зондування; - окреме значення граничного опору палі в точці зондування, яке визначається за формулою

, де (11.10)

- граничний опір грунту під нижнім кінцем палі, який визначається за формулою

(11.11)

- середнє значення граничного опору грунту на бічній поверхні палі в точці зондування, яке визначається для зонда І-го типу за формулою

(11.12)

для зонда ІІ-го і ІІІ-го типу за формулою

(11.13)

В наведених формулах використані позначення з ст. 18 [25] ( - коефіцієнт переходу від до і приймається за табл. 15; - середнє значення питомого опору грунту під нижнім кінцем зонда на ділянці, розміщеній в межах одного діаметра вище і чотирьох діаметрів нижче відмітки нижнього кінця проектуємої палі (де - діаметр круглого чи більша сторона поперечного перерізу палі); - площа поперечного перерізу палі; - периметр поперечного перерізу палі; - глибина заглиблення палі; - коефіцієнти, які приймаються за табл 15; - середнє значення питомого опору і -го шару грунту на бічній поверхні зонда; - середнє значення питомого опору грунту на бічній поверхні зонда І-го типу).

Випробування інвентарних паль .Суть таких випробувань полягає в тому, що замість паль натурних розмірів випробовують інвентарні палі, що представляють собою трубу з наконечником діаметром 114 мм. Довжина таких паль відповідає довжині натурних. Після випробувань палі виймаються з грунту і використовуються повторно. Схема випробувань така сама, як і схема випробувань натурних паль. Розрахункові опори грунту під нижнім кінцем та на бічній поверхні інвентарних і натурних паль відрізняються між собою. Це пояснюється, в основному, різницею в площах поперечного перерізу, матеріалів паль, умов їх занурення та ін. Тому для визначення несучої здатності використовують систему поправочних коефіцієнтів, що суттєво знижує достовірність результатів випробувань. Але вартість таких робіт значно нижча ніж вартість випробувань натурних паль.

Існують три типи інвентарних паль: І-й – з наконечником, наглухо з‘єднаним з стовбуром палі, для вимірювання загального опору грунтів заглибленню палі; ІІ-й – з наконечником, який може вільно переміщатися вздовж стовбура палі, для поперемінного вимірювання опору грунтів заглибленню палі на бічній поверхні і під нижнім кінцем палі (після проведення досліджень (зрив палі) для оцінки граничного опору грунту під нижнім кінцем палі проводять втиснення її нижнього кінця на 20 мм, а потім для оцінки граничного опору грунту на бічній поверхні палі проводять втиснення чи витягування її стовбура на 12 мм); ІІІ-й – з наконечником, який з‘єднаний з стовбуром палі через датчик, для одночасного роздільного вимірювання опору грунтів заглибленню палі на бічній поверхні і під нижнім кінцем палі (крім загального навантаження на палю на кожному ступені завантаження, знімають навантаження з датчика, який реєструє опір грунту під нижнім кінцем палі).

Несучу здатність забивної палі в цьому випадку визначають за формулою (11.9). Окреме значення граничного опору забивної палі , в точці випробування грунтів еталонною палею, визначається за формулою

І типу (11.14)

ІІ і ІІІ типу (11.15)

В наведених формулах використані позначення з ст. 17 [25] ( - коефіцієнт умов роботи палі в грунті; - коефіцієнти умов роботи грунту, відповідно, під нижнім кінцем і на бічній поверхні палі; - периметр поперечного перерізу, відповідно, натурної і інвентарної палі; - несуча здатність інвентарної палі; - площа поперечного перерізу нижнього кінця палі; - розрахунковий опір грунту, відповідно, під нижнім кінцем і на бічній поверхні інвентарної палі; - величина заглиблення натурної палі в грунт).

3. Визначення осідань пальових фундаментів. Осідання паль-стояків та паль, що сприймають висмикуючі навантаження, не визначають.

Осідання фундаментів на висячих палях визначають як осідання умовного фундаменту ABCD (рис. 11.7) за методиками, що застосовуються для фундаментів мілкого закладення (див п. 9.5)

, де (11.16)

- товщина інженерно-геологічних елементів:

- вага умовного фундаменту; - площа підошви умовного фундаменту; - розрахунковий опір грунту, на який опирається умовний фундамент.

У власну вагу умовного фундаменту при визначенні осідань включають вагу паль, ростверка і грунту в об’ємі цього фундамента. Розрахунки осідань малозавантажених стрічкових пальових фундаментів та одиночних паль можна визначати за методиками додатків 3 і 4 [25].

4. Розрахунки горизонтально завантажених пальових фундаментів. При дії на пальові фундаменти тільки вертикальних навантажень визначають несучу здатність паль на дію цих навантажень та осідання фундаментів. Якщо паля чи фундамент сприймають моментні та горизонтальні навантаження (рис. 11.8), то необхідно виконати також ще такі розрахунки:

- визначення горизонтального переміщення голови палі і кута її повороту для перевірки виконання умов

, де (11.18)

, - гранично допустимі значення горизонтальних переміщень голови палі і кута її повороту;

- розрахунки стійкості грунту основи, що оточує палю (тільки для паль стороною чи діаметром 0,6 м і більше);

- перевірку матеріалу тіла палі за граничними станами першої і другої груп.

Методика розрахунків наводиться в додатку 1 [25]. В статичному відношенні горизонтально завантажена паля розглядається як балка в пружній основі з заданим поперечним перерізом та відомими навантаженнями на одному кінці. На основі будівельної механіки отримані формули для визначення горизонтального переміщення палі, кута її повороту, згинаючих моментів та поперечних сил у будь-якому перерізі по її довжині.

5. Проектування пальових фундаментів. У загальному випадку проектування пальових фундаментів виконують у такій послідовності:

1. Визначають вид паль (забивні, бурові). При цьому враховують характер та величину навантажень, інженерно-геологічні умови будівельної ділянки (в слабких грунтах основи переріз палі роблять меншим ніж у нормальних), можливості будівельних організацій, економічні показники та інші фактори.

2. Попередньо визначають розміри паль. Палі повинні прорізати ненадійні грунти і вартість фундаментів має бути мінімальною. Для цього визначають вартість фундаментів з паль різних розмірів. Довжину вибирають так, щоб палі заглиблювались не менше 0,5 м у великоуламкові, гравелисті, крупні й середньої крупності піщані грунти і глинисті з показником текучості ; для решти грунтів - 1,0 м.

3. Визначають несучу здатність паль (див. п. 11.2).

4. За формулою (11.1) визначають навантаження , допустиме на палю.

5. Визначають кількість паль:

для кущових фундаментів за формулою

(11.19)

- максимально допустима розрахункова відстань між осями сусідніх забивних паль стрічкового фундаменту становить

, де (11.20)

- відповідно погонне навантаження, вага палі, вага 1 м/п ростверка і грунту на його обрізах.

6. Виконують конструювання фундаментів.

Пальові фундаменти залежно від розміщення паль у плані проектують у вигляді: пальових смуг - під стіни будівель; пальових кущів - під колони; суцільного пальового поля - під всією будівлею чи спорудою.

Мінімальна кількість паль у кущі становить: у центрально завантаженому фундаменті – 1; у позацентрово завантаженому фундаменті в одній площині – 2; у позацентрово завантаженому фундаменті в двох площинах – 3.

Відстань між осями забивних висячих паль повинна бути не меншою ( - діаметр круглої або сторона квадратного перерізу палі), а між осями паль-стояків - не меншою . Чиста відстань між стовбурами бурових, набивних паль і паль-оболонок приймається не менше 1,0 м, а відстань між розширенням паль у твердих та напівтвердих глинистих грунтах - 0,5 м, в інших нескельних грунтах - 1,0 м.

Оптимальна конструктивна відстань між осями сусідніх паль у стрічковому фундаменті зумовлена несучою здатністю ростверка (нерозрізна балка на опорах) і становить приблизно .

Якщо максимальна розрахункова відстань між осями сусідніх паль у стрічковому фундаменті менша мінімально допустимої, то палі розташовують у два і більше рядів. Якщо максимальна розрахункова відстань більша оптимальної конструктивної, то палі розміщують з урахуванням останньої. Потім виконують розстановку паль у плані таким чином, щоб фактична відстань між ними не перевищувала максимальну розрахункову і оптимальну конструктивну і була не меншою за мінімальну конструктивну. В першу чергу розміщують палі в місцях, де ростверки перетинаються між собою.

З’єднання пальового ростверка з палями може бути шарнірним або жорстким (рис. 11.9). Жорстке з’єднання хоч є значно трудоємкішим і дорожчим проте використовується частіше, оскільки, є більш надійним.

Після розміщення паль у плані перевіряють фактичне завантаження паль за формулами:

- для стрічкових фундаментів

(11.21)

- для стовпчатих фундаментів

(11.22)

де - максимальне і мінімальне навантаження на крайні палі; - вага ростверка та грунту на його обрізах; - власна вага палі; - відстань від головної осі до осі крайньої палі (рис.11.10); - відстань від головної осі до осі кожної палі; , - момент і горизонтальна складова зовнішніх сил на рівні обрізу фундаменту відносно (у напрямку) відповідної осі; - відстань від підошви ростверка до його обрізу

Перевантаження крайніх паль в кущі на 20 % від навантаження, допустимого на них, можливе при ро-зрахунках фундаментів із врахуванням вітрових та кранових навантажень (при цьому величина кранових навантажень повинна становити більше 30 % сумарних навантажень на фундамент), тобто . Якщо , то додатково проводять розрахунки паль на дію висмикуючих навантажень.

7. Проводять розрахунки фундаментів за деформаціями.

8. Розраховують тіло ростверка і палі.

Тема 12. ФУНДАМЕНТИ ГЛИБОКОГО ЗАКЛАДЕННЯ

Фундаменти глибокого закладення використовують в тих випадках, коли необхідно передати на грунт значні навантаження, причому споруда або частина будівлі розміщені під землею. До цих фундаментів відносяться опускні колодязі, кесони і фундаменти типу “стіна в грунті”.

1. Опускні колодязі. Опускний колодязь - це відкрита зверху і знизу порожниста конструкція будь-якої конфігурації в плані, яка занурюється в грунт, як правило, під дією власної ваги в процесі розробки грунту всередині колодязя.

Форма колодязя в плані визначається конфігурацією підземної частини будівлі. Використовуються бетонні та залізобетонні колодязі. Вони бувають монолітними, збірно-монолітними та збірними. Товщина стінок колодязя визначається з умови створення необхідної ваги для подолання сили тертя в процесі занурення і може перевищувати 2 м. Нижня частина колодязя називається ножем (рис. 12.1). Для зменшення тертя поверхні стінок з оточуючим грунтом передбачають в ножовій частині виступ, який утворює пазуху в процесі занурення колодязя. Пазуху заповнюють розчином бентонітової глини, яка утримує стінки грунту в вертикальному положенні.

Частину колодязя, що зводять до його опускання, розміщують на тимчасовій основі, наприклад, на щебеневій призмі. В процесі опускання слідкують за вертикальністю колодязя, відповідно розробляючи грунт. При цьому періодично нарощують колодязь шляхом бетонування монолітних або монтажу збірних чи збірно-монолітних ярусів.

Вибір механізмів для розробки грунту залежить від розмірів колодязя та інженерно-геологічних умов. Можуть застосовуватись екскаватори, транспортери, грейфери, гідроелеватори. Після занурення колодязя на проектну відмітку бетонують днище. При необхідності виконують гідроізоляцію стін та днища.

2. Кесони. Кесон -це залізобетонний ящик без дна із шлюзовим апаратом. Кесони застосовують нижче рівня грунтових вод і при наявності включень міцного грунту, для розробки якого потрібна присутність людей. Суть влаштування кесонних фундаментів полягає у відтисненні грунтової води з робочої камери в процесі його заглиблення, що дає можливість для роботи людей у цій камері (рис. 12.2).

Кесон складається з робочої камери 1, в якій у процесі занурення підвищується тиск повітря Цей тиск врівноважує тиск грунтової води на даній глибині і не дозволяє їй проникати в робочу камеру. Доступ у камеру людей та транспортування грунту проводяться через шахту 2, в якій розміщено шлюзовий апарат. По мірі заглиблення кесона зводять стіни 3 споруди, яка будується.

Робота людей в умовах підвищеного тиску шкідлива для здоров’я, тому максимальна величина заглиблення кесона складає 40 м. Обмежується і час перебування людей в робочій камері. Кесони використовуються дуже рідко, у випадках, коли неможливо використати інші фундаменти.

3. Фундаменти, що виготовляють методом “стіна в грунті”. Суть способу “ стіна в грунті ” полягає в наступному. З допомогою землерийних машин під захистом глинистої суспензії відкопують траншеї. Потім їх бетонують або монтують в них збірні елементи, які утворюють у грунті конструкції будівель і споруд переважно у вигляді стін. Таким способом виготовляють фундаменти будівель, підземні споруди, підпірні стінки а також протифільтраційні завіси. При будівництві замкнутих в плані споруд після зведення стін грунт з внутрішньої частини споруди виймають, бетонують днище і виготовляють перекриття.

Спосіб широко використовують нижче і вище грунтових вод, він найбільш ефективний при тісній забудові території.

Конструкції з монолітного залізобетону зводять окремими ділянками довжиною 3-6 м. Під захистом глинистої суспензії відкопують траншею (рис. 12.3), опускають арматурний каркас і виконують бетонування через бетонолітну рухому трубу. Потім цей процес повторюють на наступних ділянках. Глиниста суспензія, що витісняється бетоном, відводиться по лотку в запасну ємкість або в слідуючу ділянку траншеї.

Недоліком влаштування монолітних конструкцій є налипання глинистої суспензії на арматурний каркас (це суттєво ослаблює зчеплення арматури з бетоном). Цього недоліку позбавлені збірні конструкції.

Траншеї протифільтраційних завіс можуть заповнюватись твердіючими (бетон, глиноцементний розчин) і нетвердіючими (грудкова глина) матеріалами. Конкретний матеріал вибирають, виходячи з величини напору води, навантажень на завісу та терміну її роботи.

Тема 13. ФУНДАМЕНТИ В СКЛАДНИХ ТА ОСОБЛИВИХ ІНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВАХ

До складних інженерно-геологічних відносяться такі умови, коли для проведення будівництва необхідне покращення властивостей грунтів (ущільнення, закріплення), їх заміна або використання спеціальних фунда­ментів (наприклад, пальових). Такі заходи проводять у просідаючих, набухаю­чих, заторфованих, засолених та насипних грунтах. Сейсмічні регіони, території з підземними порожнинами та виробками, ділянки з можли­вими зсувами відносять до особливих умов.

1. Фундаменти на просідаючих грунтах. Просідаючими називаються глинисті грунти, які під дією зовнішнього навантаження або (і) власної ваги при замочуванні водою чи іншими розчинами дають додаткове осідання, що називається просіданням, причому величина відносного просідання ε_sl≥0,01.

Проектування основ і фундаментів на просідаючих грунтах виконують з урахуванням типу грунтових умов за просіданням. Грунтові умови ділянок, складених просідаючими грунтами, розділяються на два типи:

перший - просідання від власної ваги замоченого грунту відсутнє або не перевищує 5 см;

другий - просідання від власної ваги замоченого грунту перевищує 5 см.

Величина просідання замоченого грунту від власної ваги визначається потужніс-тю просідаючої товщі та величиною відносного просідання.

Знаючи величину відносного просідання ε_sl (див. тема 6) можна визначити просідання ос­нови за формулою

, де (13.1)

- число шарів, на які розділена просідаюча товща; - товщина і -го розрахун-кового шару; - коефіцієнт, приймається рівним 1 при визначенні просідання грунту від власної ваги. Приклад визначення типу грунтових умов за просіданням див. МВ 053-54.

Якщо замочування просідаючих грунтів неможливе, то будівництво ви­конують як у звичайних умовах. В протилежному випадку передбачають такі заходи:

- ліквідація властивостей просідання грунтів шляхом їх ущільнення або закріплення;

- прорізання просідаючої товщі фундаментами або масивами із закріпленого грунту;

- водозахисні заходи;

- конструктивні заходи;

- збільшення розмірів підошви фундаментів таким чином, щоб діючі сумарні на­пруження (від власної ваги і зовнішнього навантаження) в просідаючій товщі не перевищували початкового тиску просідання.

Якщо сумарна величина осідань і просідань, а також їх нерівномірність не перевищують допустимих величин, то вищенаведені заходи можна не передбачати.

Ми знаємо, що просідання грунтів відбувається за рахунок руйнування структурних зв‘язків, які складені легкорозчинними солями. Отже, для того щоб позбутися властивостей просідання необхідно попередньо зруйнувати ці структурні зв‘язки чи зробити їх стійкими до води чи будь-якої іншої рідини.

Ущільнення просідаючих грунтів виконують важкими трамбівками, грунтовими палями, витрамбовуванням котлованів, попереднім замочуванням (з вибухами чи без) тощо. Властивості просідання втрачаються при г/см³.

Ущільнення грунтів важкими трамбівками. Економічно доцільним є використання цього методу для ущільнення просідаючої товщі потужністю до 4 м. Методика полягає в слідуючому. Трамбівку мосою 3-5 т, яка змонтована на базі крана, піднімають на висоту 5-7 м і різко опускають. Під дією власної ваги вона, падаючи на грунт, ущільнює його. Кількість ударів по одному сліду для забезпечення необхідного значення на потрібну глибину визначається експериментально.

Фундаменти в витрамбованих котлованах. Методика аналогічна до попередньої, проте кількість ударів по одному сліду значно більша. В результаті цього в грунті утворюється заглиблення (котлован), в якому влаштовується монолітний фундамент мілкого закладення.

Ущільнення основ грунтовими палями. Суть методу полягає в тому, що в грунті пробивають чи пробурюють свердловини, які заповнюються грунтом з пошаровим його ущільненням. При цьому ущільнюється просідаючий грунт навколо свердловин (рис 13.1).

Раціональним є використання методу при потужності просідаючої товщі 8-20 м і воло­гості, близькій до оптимальної.

У верхній частині масиву відбувається випирання грунту, тобто утворюється неущільнений буферний шар, який зрізають або доущільнюють трамбуванням..

Ущільнення грунтів замочуванням з вибухами. Ущільнення попереднім замочуванням відбувається за рахунок просідання замоченого грунту від власної ваги. При цьому зменшують пористість нижні шари грунтів, починаючи з глибини, на якій природні напруження перевищують початковий тиск просідання. Верхні шари недоущільнюються, тому замочуванням переводять грунти з ІІ- го типу в І- ий тип за просіданням. Замочування проводиться в котлованах (з свердловинами і без них). Для підвищення ефективності методу в замоченому грунті проводять глибинні вибухи.

Хімічне закріплення грунтів виконують шляхом нагнітання в просідаючу товщу закріплюючих розчинів (рідке скло - силікатизація, різні смоли - смолізація).

При взаємодії закріплюючих розчинів з солями, що містяться в грунті утворюються компоненти, які є стійкими до води чи будь-якої іншої рідини. Схема хімічного закріпення грунтів показана на рис. 13.2.

Якщо новоутворені структурні з‘язки в закріпленому грунті є недостатньо стійкими до води, то вико­ристовують дворозчинну силікатизацію (почергово нагнітають рідке скло і хлористий кальцій) або газову силікатизацію (рідке скло плюс вуглекислий газ).

При низькому коефіцієнті фільтрації грунту ви­користовують електросилікатиза-цію (одно- чи дво­розчинну). Через грунт пропускають постійний елек­тричний струм, який спричиняє рух катіонів разом з водою від ін’єктора до електрода.

Технологічні параметри закріплення визначаються за емпіричними залежностями, наведеними в довіднику [21].

Використання пальових фундаментів. В усіх випадках палі повинні прорізати просідаючі грунти і заглиблюва­тись в скельні, піщані (крім пухких) чи глинисті грун-ти з показником текучості у во­донасиченому стані для грунтів I- го типу за просіданням, а для II- го - при і при ( - просідання грунту від власної ваги; - гранично допустиме осідання фундаменту будівлі). Величина заглиблення палі в непросідаючий грунт визначається виходячи з необхідної несучої здатності палі і повинна бути не менше 1 м для всіх грунтів, крім скельних і велико­уламкових, для яких вона приймається не менше 0,5 м.

Несуча здатність паль в грунтових умовах I- го типу за просіданням (рис. 13.3) визначається з умови, що такі грунти зменшують несучу здатність при замочуванні. Значення опору грунту на бічній поверхні паль (f) межах просідаючої товщі слід приймати рівним нулю.

В процесі просідання грунтів в грунтових умовах II- го типу за просіданням на бічній поверхні паль виникає негативне тертя (рис. 13.4), яке створює додаткове навантаження, тому розрахунок виконують виходячи з умови

, де (13.3)

- розрахункове навантаження на палю; - допусти- ме навантаження на палю; - несуча здатність палі, що виз-начається на глибині, де діє позитивне тертя; - коефіцієнт надійності; - коефіцієнт умов роботи: при см ; при . Для проміжних значень визначається інтерполяцією; - сила негативного тертя. При можливому замочуванні зверху ви­значається як для зволоженого грунту при показнику текучості, розрахованому за формулою

(13.4)

Якщо визначене за (13.4) значення , то приймають, .

У випадку підйому рівня грунтових вод визначається за формулою

, де (13.5)

- периметр палі; - глибина, в межах якої діє сила негативного тертя (приймається рівною глибині, нижче якої просідання грунту від власної ваги дорівнює 5 см); - товщина і -го шару грунту (в межах, де проявляється негативне тертя); - розрахунковий опір грунту, визначається до глибини 6 м за формулою

, (13.5)

а нижче приймається постійним.

Тут - коефіцієнт бічного тиску; - напруження від власної ваги грунту; - значення кута внутрішнього тертя і питомого зчеплення грунту в межах .

Якщо просідання грунту від власної ваги перевищує 30 см, то передбачають попереднє замочування просідаючої товщі для переведення таких грунтів в І-й тип грунтових умов за просіданням. Несучу здатність палі в цьому випадку визначають з урахуванням попереднього замочування просідаючої товщі.

Водозахисні заходи. Ці заходи включають: компоновку генплану (збереження природних умов стоку поверхневих вод); планування території, що забудовується (зберігаються шляхи природного стоку води); відвід поверхневих вод через стічну мережу; влаштування під будівлями і спорудами водонепроникливих екранів; якісну засипку пазух; влаштування відмосток навколо будівель; прокладку комунікацій для води в спеціальних лотках; відвід аварійних вод за межі будівель; виготовлення водонепроникних підлог і т.п.

Вимоги до таких заходів наводяться в “Пособии по проектированию ос­нований зданий и сооружений” [22].

Водозахисні заходи, як показав досвід експлуатації будівель споруджених з їх застосуванням, не надійні і можуть використовуватись для маловідповідальних будівель.

Конструктивні заходи. Такі заходи призначають, виходячи з розрахунків конструкцій на нерівномірні просідання грунтів. Вони розділяються на три групи: підвищення жорсткості будівель; збільшення податливості будівель; забезпечення нормальної експлуатації будівель при нерівномірних деформаціях будівель.

За конструктивними особливостями будівлі і споруди розділяються на:

жорсткі - складають одну просторову цілісність (труби, силоси, башти тощо);

відносно жорсткі - чутливі до нерівномірних деформацій, складаються із жорстко зв’язаних елементів (всі житлові і цивільні та деякі промислові будівлі);

гнучкі - елементи будівель зв’язані між собою шарнірно (одноповерхові промислові будівлі, естакади тощо).

Заходи 1- ї групи використовують для відносно жорстких будівель, 2- ї групи - для гнучких будівель, а 3- ї групи (в сукупності із заходами 1- ї і 2- ї груп) - для будівель, що мають спеціальне технологічне обладнання (ліфти, мостові крани тощо) і направлені на забезпечення нормальної експлуатації цього обладнання.

Підвищення жорсткості будівель досягаються: розрізкою деформаційними швами; влаштуванням залізобетонних поясів, армованих швів; підсиленим армуванням стиків між елементами; використанням монолітних фундаментів і т.п.

Збільшення податливості будівель забезпечується гнучкими зв’язками між елементами конструкцій, збільшенням площі опирання елементів і стійкості елементів при підвищених деформаціях та ін.

Забезпечення нормальної експлуатації будівель досягається шляхом використання таких конструктивних рішень, які дозволяють відновити нормальну експлуатацію кранів, ліфтів і т.п. (використання болтових з’єднань, спеціальні фундаменти, запаси в розмірах тощо).

2. Фундаменти на набухаючих грунтах. До набухаючих відносяться глинисті грунти, які при замочуванні водою чи іншими розчинами збільшуються в об’ємі, причому величина відносного набухання у вільному стані (без навантаження) ε_sw≥0,04.

Підняття фундаменту від набухання визначають за формулою

, де (13.6)

- число шарів, на які розділена набухаюча товща грунту; - товщина і -го розрахункового шару; - коефіцієнт, який залежить від величини загального вертикального напруження на глибині .

Якщо замочування набухаючих грунтів неможливе, то будівництво ви­конують як у звичайних умовах. В протилежному випадку передбачають такі заходи:

- ліквідація властивостей набухання грунтів шляхом їх закріплення (див. п.13.1);

- прорізання набухаючої товщі фундаментами або масивами з закріпленого грунту;

- водозахисні заходи (див. п.13.1);

- конструктивні заходи (див. п.13.1);

- зменшення розмірів підошви фундаментів таким чином, щоб діючі сумарні на­пруження (від власної ваги і зовнішнього навантаження) в набухаючій товщі перевищували початковий тиск набухання.

Якщо сумарна величина осідань і підняття, а також їх нерівномірність не перевищують допустимих величин, то вищенаведені заходи можна не передбачати.

3. Будівництво на насипних та намивних грунтах. До насипних грунтів відносяться: планомірно відсипані (зворотні засипки, грунтові подушки, греблі), відвали грунтів (однорідний склад) та звалища грунтів (неоднорідний склад з вмістом різних відходів). Для насипних грунтів характерні високий ступінь неоднорідності складу та механічних показників.

Найбільш поширеними є такі варіанти будівництва на цих грунтах:

- використання злежаних відсипаних грунтів як природних основ;

- покращення властивостей грунтів шляхом їх ущільнення, закріплення;

- прорізання насипних грунтів пальовими чи іншими фундаментами.

Перший та другий варіанти придатні для грунтів з незначним вмістом органіних речовин.

Як штучні основи на Україні широко застосовують намивні грунти - намиті засобами гідромеханізації грунти на різні низинні території (яри, балки). Для намива-ння в більшості випадків застосовують піски. Наявність глинистих грунтів у складі намиву суттєво погіршує його будівельні властивості (збільшується неоднорідність грунту, час його самоущільнення і знижуються механічні показники).

Час самоущільнення намивних пісків складає декілька місяців. Ці грунти вико-ристовують як природні основи, коли їх деформація (разом з деформаціями підстилаю-чих шарів) не перевищує граничних значень. В протилежному випадку передбачають ущільнення намитого грунту, його прорізання пальовими чи іншими фундаментами.

4. Фундаменти на слабких та заторфованих грунтах. До слабких умовно від-носять грунти, модуль деформації яких не пере­вищує 5 мПа. Це водонасичені супіс-ки (), суглинки (), глини (), мули, стрічкові глини (тонкошаруваті відкладення з чергуванням глинистих і піщаних прошарків), сапропелі, водонасичені лесові грунти. Для таких грунтів характерні дуже низька міцність, високі стисливість та во­логість (). Більшість з них мають тиксотропні властивості (при дії динамічних навантажень вони втрачають структурну міцність, яка з ча­сом відновлюється).

Методи будівництва на слабких грунтах можна класифікувати таким чином:

- ущільнення або закріплення грунту;

- прорізання слабких шарів пальовими чи іншими фундаментами;

- заміна слабкого грунту;

- конструктивні заходи.

Ущільнення водонасичених слабких грунтів найчастіше виконують статичним навантажен­ням. Для прискорення цього процесу в грунтах, що ущільнюються, влашто­вують дренажні свердловини або спеціальні дрени для фільтрації води знизу-вверх. Навантажен­ням служить штучний насип з місцевого грунту. В міру витіснення води з грунту він поступово ущільнюється.

Вибір фундаменту для передачі навантажень на надійні підстилаючі шари грунтів залежить від конструкції будівлі та інженерно-геологічних умов будівельної ділянки. При відсутності підземних приміщень доцільним є застосу­вання пальових фундаментів, а при їх наявності – фундаменти глибокого закладення.

Заміну слабких грунтів проводять на їх повну або част­кову товщину крупними чи середньої крупності пісками.

Конструктивні захо­ди доцільно застосовувати для будівель і споруд з незначними навантаженнями на основи.

В заторфованих грунтах міститься від 10 до 50% (від ваги сухого грунту), в торфах - понад 50%. Заторфовані грунти і торфи можуть залягати на поверхні (відкриті) або на деякій глибині (поховані). Відкриті торфи, як правило, водонасичені. Вони характеризуються високою пористістю, що зумовлює їх низькі механічні по­казники. Поховані торфи ущільнені шарами вищерозміщених грунтів. Грунтові води в цих грунтах досить агресивні щодо підземних конструкцій будівель і споруд.

5. Фундаменти на засолених грунтах. Засолені грунти зустрічаються в Криму, на Донбасі та в західній частині України. Найчастіше це глинисті грунти, іноді зустрічаються загіпсовані піски. Тривале фільтрування води через засолений грунт призводить до розчинення солей, за рахунок чого знижуються механічні характеристики основи. Відносне суфозійне стиснення визначають за результатами довготривалих компресійно-фільтраційних випробувань зразків засоленого грунту в лабораторних умовах за виразом

, де (13.7)

- висота водонасиченого зразка під тиском ; - висота зразка після тривалої фільтрації води та вилуговування солей при тиску ; - висота зразка природної вологості при тиску .

Суфозійне осідання основи визначають за виразом

, де (13.8)

- кількість шарів, на які розділено зону суфозійного осідання; - відносне суфозійне стиснення і -го шару грунту; - товщина і -го шару грунту.

Умова розрахунку основ за деформаціями буде виконана, якщо осідання від зовнішнього навантаження та суфозійне осідання не будуть перевищувати граничної деформації основи

(9.13)

Якщо остання умова не виконується, то для проведення будівництва передбачають такі заходи:

- попереднє розсолення грунту за допомогою тривалого замочування

- часткове або повне зрізування засоленого грунту;

- прорізання засоленого грунту фундаментами;

- водозахисні і конструктивні.

6. Будівництво на територіях з підземними порожнинами. Наявність порожнин найчастіше зумовлена підземною розробкою корисних копалин та карстовими явищами. Карстові порожнини утворюються в результаті довготривалих фізико-хімічних процесів. Розчинені мінерали та відокремлені частинки грунту переносяться водою на значні відстані, що призводить до росту карсту. В певний момент поверхня грунту осідає і порожнина заповнюється вищележачим грунтом. Переважно карст виявляють в органогенних (крейда, мергель) і хімічних (гіпс, ангідрит) породах, що розповсюджені в Криму, західній Україні та Донбасі.

Будівництво на територіях з підземними виробками проводиться за погодженням з органами державного гірничого контролю. В першу чергу забудовують території, де процес деформації грунтів закінчився або розробка родовищ почнеться по закінченні строку амортизації будівельних об’єктів.

Необхідність будівництва безпосередньо над розробками обгрунтовується техніко-економічними розрахунками. Будівництво виконують, застосовуючи гір-ничі та будівельні заходи захисту будівель і споруд.

Гірничі заходи передбачають:

- закладку розроблених порожнин;

- розробку корисних копалин з розривом в часі і просторі;

- неповну розробку корисних копалин;

- розробку шарів копалин широким фронтом для забезпечення осідання поверхні грунту перед початком будівництва.

До будівельних заходів відносяться:

- розрізка будівель деформаційними швами;

- проектування жорстких будівель;

- проектування гнучких будівель.

- рихтування будівель домкратами;

7. Будівництво в сейсмічних регіонах. Землетруси виникають внаслідок дії різних процесів, що відбуваються в надрах Земної кулі (порушення рівноваги в площинах тектонічних розломів, провали і обвали, вулканічні процеси та ін). Сейсмічні райони позначені в будівельних нормах (СНиП ІІ-7-81 "Строительство в сейсмических районах" [27]). В нашій країні таких районів три: Карпати, Крим та південно-західний регіон.

Силу землетрусів оцінюють за міжнародною 12-бальною шкалою. Згідно діючих норм сейсмічні дії на будівлі та споруди повинні враховуватись при землетрусах 7, 8 і 9 балів. При 10 балах на проведення будівництва потрібний спеціальний дозвіл. Забороняється будівництво в районах, де можлива сила землетрусів 11 і 12 балів.

Руйнівні наслідки землетрусів залежать від жорсткості будівель та від виду і стану грунтів. Діючі норми розділяють всі грунти за сейсмічними властивостями на три категорії. При будівництві на грунтах 1 -ї категорії сейсмічність району зменшується на 1 бал, на грунтах 2 -ї категорії залишається без змін, а в грунтах 3 -ї категорії сейсмічність збільшується на 1 бал. Тому до сейсмічних відносяться райони з можливою силою землетрусу в 6 і більше балів. В сейсмічних районах України сила можливих землетрусів змінюється від 6 до 8 балів.

Коливання будівель викликає появу сил інерції, які додатково завантажують грунтові основи. Тому в сейсмічних регіонах виконують розрахунки основ на основні та особливі сполучення навантажень (розрахунки за несучою здатністю).

Величина сейсмічних навантажень визначається за будівельними нормами [27]. Спрощено величину навантаження можна представити у такому вигляді

, де (9.14)

- коефіцієнт, що враховує динамічні властивості будівлі; - навантаження від будівлі; - сейсмічний коефіцієнт ( - сейсмічне прискорення; - прискорення сили тяжіння).

В сейсмічних регіонах не слід проектувати будівлі на ділянках з можливими зсувами. Фундаменти рекомендується закладати на однаковій глибині, вони повинні мати високу жорсткість і міцність (рекомендується використання пальових фундаментів).

Література

1. ГОСТ 12071-84. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

2. ГОСТ 12374-77. Грунты. Метод полевых испытаний штампами.

3. ГОСТ 12536-79. Грунты. Методы лабораторного определения зернового (грануломет-рического) состава.

4. ГОСТ 13579-78 “Фундаментные блоки стен подвалов”

5. ГОСТ 13580-85 “Плиты железобетонные ленточных фундаментов”

6. ГОСТ 19804-85 “Сваи забивные железобетонные”

7. ГОСТ 20069-81 “Метод полевого испытания статическим зондированием”

8. ГОСТ 22233-77. Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

9. ГОСТ 23161-78. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик просадоч-ности.

10. ГОСТ 23908-79. Грунты. Метод лабораторного определения сжимаємости.

11. ГОСТ 24143-80. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки.

12. ГОСТ 25584-83. Грунты. Метод лабораторного определения коэфициента фильтра-ции.

13. ГОСТ 26158-85. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости при трехосном сжатии.

14. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характерис-тик

15. ГОСТ 5686-78. Сваи. Методы полевых испытаний.

16. ДСТУ Б В.2.1-2-96. Грунти. Класифікація.

17. ДСТУ Б.В.2.1-4-96. Грунти. Методи лабораторного визначення характеристик міцнос-ті і деформованості.

18. ДСТУ Б В.2.1-5-96. Грунты. Метод статистичної обробки результатів визначення характеристик.

19. Зоценко М.Л., Коваленко В.І., Хілобок В.Г., Яковлєв А.В. Інженерна геологія. Механі-ка грунтів. Основи і фундаменти К.: Вища школа. - 1992.

20. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений М.: Высшая школа. - 1991.

21. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика М.: Стройиздат.- 1985.

22. Пособие по проектированию оснований и сооружений (к СНиП 2.02.01-83) М.:Строй-издат.- 1987.

23. СНиП 1.02.07-83 Инженерные изыскания в строительстве М.:Стройиздат.- 1985.

24. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений М.:Стройиздат.- 1985.

25. СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты М.:Стройиздат.- 1986.

26. СНиП 2.02.07-85 Нагрузки и воздействия М.:Стройиздат.- 1986.

27. СНиП СНиП ІІ-7-81 "Строительство в сейсмических районах" М.:Стройиздат.- 1981.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: