Строительства в особых условиях. Просадочность II типа

Институт архитектуры  и искусства                                                                                                  южного федерального округа

РЕФЕРАТ

"Строительства в особых  условиях.Просадочность II  типа."

 

 

Ростов-на-Дону                                                                             2013 г.

 

 

 

 

 

 

выполнила: студентка 4 курса АЖ - 41

                                                                                                            Конарева А.С.

                                                                                                             проверила:

 

Содржание:

1. Основные понятия и определения - грунт, основание, фундамент, сооружение 
2. Основные характеристики просадочных грунтов
3. Проектирование оснований,сложенных просадочными грунтами
4. Разделение грунтов
5. Принципы проектирования и строительства
6. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные понятия и определения  - грунт, основание, фундамент,  сооружение 

 

Фундамент - подземная часть  здания, через которую передаются нагрузки от вышележащих элементов (стен, перекрытий и др.), оборудования и мебели на основание, т. е. на грунт.

     Конструкции,  материал и глубина заложения  фундаментов зависят от величины  и характера действующих на  фундамент нагрузок, от капитальности  и конструктивных особенностей  здания (наличия подвала, фундаментов  примыкающих сооружений и т.п.), а также от природных условий  строительной площадки (глубины  промерзания грунтов, характера  их залегания, наличия грунтовых  вод и др.). От надежности фундаментов  в большой степени зависят  эксплуатационные качества здания, его капитальность и долговечность. 

    Виды фундаментов:  ленточный, свайный, столбчатый, винтовой, монолитный, деревянный.  Основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментом  и воспринимающий нагрузку от  всего здания. Нагрузка, передаваемая  фундаментом, вызывает в основании  напряженное состояние и деформирует  его. Прочность и устойчивость  любого здания зависит, прежде  всего, от надежности основания. 

 

Грунтовые основания бывают естественными и искусственными.

 

Грунты, находящиеся в  условиях природного залегания, называют естественным основанием, а предварительно укрепленные различными способами (силикатизации, цементации, смолизации, битуминизации и др.) слабые грунты — искусственным основанием.  Строительное сооружение, состоящее (по мере необходимости) из наземной и подземной частей, с помещениями для проживания и (или) деятельности людей, размещения производств, хранения продукции или содержания животных. Выполняет определенные несущие, ограждающие, а в открытом виде и эстетические функции.

      Грунт –  рыхлые горные породы, у которых  прочность сцепления между минеральными  частицами во много раз меньше  прочности самих частиц.  Виды  грунтов: глинистые грунты, грунты  с органическими примесями, крупноблочные  грунты, лёсс, насыпные грунты, песчаные  грунты. 

 

2.Основные характеристики просадочных грунтов

Отличительная особенность  просадочных грунтов заключается в их способности в напряженном состоянии от собственного веса или внешней нагрузки от фундамента при повышении влажности — замачивании давать дополнительные осадки, называемые просадками. 
К просадочным грунтам относятся лессы, лессовидные супеси, суглинки и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые грунты, отходы промышленных производств (колосниковая пыль, зола и т. п.), пепловые отложения и др. 
Просадочные и основные их представители — лессовые грунты широко распространены на территории нашей страны и занимают около 15% ее площади в том числе на значительной части (более 80%) территории УССР, Центральной Черноземной зоны, Северного Кавказа, Закавказья, Поволжья, Средней Азии, Казахстана, Восточной и Западной Сибири и др. сложены лессами. 
За рубежом значительные площади заняты лессовыми грунтами в СРР, НРБ, ВНР, СФРЮ, Испании, странах Северной Африки, Китае, Иране, Афганистане, странах Южной Америки, США и др. 
Просадочность грунтов обуславливается особенностями процесса формирования и существования толщ этих грунтов, в результате чего они находятся в недоуплотненном состоянии. Недоуплотненное состояние лессового грунта может сохраняться на протяжении всего периода существования толщи, если не произойдет повышения влажности и нагрузки. В этом случае может произойти дополнительное уплотнение грунта в нижних слоях под действием его собственного веса. Но так как просадка зависит от величины нагрузки, недоуплотненность толщи лессовых грунтов по отношению к внешней нагрузке, превышающей напряжения от собственного веса грунта, сохранится. Возможность последующего уплотнения лессового грунта, находящегося в недоуплотненном состоянии от внешней нагрузки или собственного веса, при повышении влажности определяется соотношением снижения его прочности при увлажнении и величиной действующей нагрузки. 
Недоуплотненность грунтов выражается в их низкой степени плотности, характеризующейся объемной массой скелета в пределах обычно 1,2—1,5 т/м³, пористостью 0,6—0,45 и коэффициентом пористости 0,65—1,2. С глубиной степень плотности чаще всего повышается. 
Наряду с недоуплотненностью просадочные грунты обычно характеризуются низкой природной влажностью, пылеватым составом, повышенной структурной прочностью. Влажность их в южных засушливых районах обычно составляет всего лишь 0,04— 0,12, степень влажности 0,1—0,3, а в районах УССР, Молдавии, Средней полосы, Сибири и др. 0,12—0,20 при степени влажности 0,3—0,6. 
Структурная прочность лессовых и др. просадочных грунтов обусловливается в основном цементационным сцеплением. При повышении влажности происходит снижение прочности грунта. Как было установлено Б. В. Дерягиным, тонкие пленки воды могут оказывать расклинивающее действие, которое сказывается одновременно с прониканием воды в толщу грунта. Пленки воды, играя роль смазки, облегчают скольжение частиц и содействуют более плотной их укладке под воздействием давления. Сцепление увлажненного лессового грунта в этом случае будет определяться только влиянием сил молекулярного притяжения, величина которых, как известно, зависит в основном от состава и степени плотности грунта.

Просадка грунта — это  сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения  и более компактной укладки отдельных  частиц и их агрегатов, благодаря  чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующего действующему давлению.

  В связи с повышением  степени плотности грунта после  просадки прочностные характеристики  его несколько возрастают. При  дальнейшем увеличении давления  процесс уплотнения лессового  грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, а вместе с этим увеличивается и его прочность. 
Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются:

 а) наличие нагрузки  от собственного веса грунта  или фундамента, способной при  увлажнении преодолевать силы  связности грунта;

 б) достаточное увлажнение, при котором в значительной  степени снижается прочность  грунта.

    Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта. 
Характер протекания деформаций во времени на просадочных грунтах определяется их влажностью. В связи с тем что просадочные грунты обычно находятся в маловлажном состоянии, деформация сжатия их от внешней нагрузки происходит в течение сравнительно короткого времени. Просадка грунта, а в равной степени и осадка в водонасыщенном состоянии, протекают в течение более длительного времени, так как эти процессы связаны с фильтрацией воды через толщу грунта.

3.Проектирование оснований,сложенных просадочными грунтами

 

При проектировании оснований, сложенных просадочными грунтами, должны  учитываться:

а) просадки от внешней нагрузки ssl,p, происходящие в пределах верхней зоны просадки от подошвы фундамента до глубины, где суммарные вертикальные напряжения от внешней нагрузки и собственного веса грунта равны начальному просадочному давлению или сумма указанных напряжений минимальна;

б) просадки от собственного веса грунта ssl,g, происходящие в нижней зоне просадки, начиная с глубины, где суммарные вертикальные напряжения превышают начальное просадочное давление psl или сумма вертикальных напряжений от собственного веса грунта и внешней нагрузки минимальна, и до нижней границы просадочной толщи;

в) неравномерность просадки грунтов Dssl;

г) горизонтальные перемещения  основания usl в пределах криволинейной части просадочной воронки при просадке грунтов от собственного веса.

При определении просадок грунтов и их неравномерности  следует учитывать:

1. инженерно-геологическое строение площадки;
2. физико-механические характеристики грунтов основания и их неоднородность;
3. размеры, глубину заложения и взаимное расположение фундаментов; 
4. нагрузки на фундаменты и прилегающие площади; конструктивные особенности сооружения, в частности наличие тоннелей, подвалов под частью сооружения и т.п.;
5. характер планировки территории (наличие выемок и срезки или насыпей и подсыпок, которые оказывают влияние на напряженное состояние грунтов основания, а также на вид и размер просадок);
6. возможные виды, размеры и места расположения источников замачивания грунтов; дополнительные нагрузки на глубокие фундаменты, уплотненные и закрепленные массивы от сил негативного трения, возникающих при просадках грунтов от собственного веса.

 

Кроме того, необходимо учитывать, что при замачивании сверху больших  площадей (ширина замачиваемой площади  Bw равна или превышает размер просадочной толщи Hsl) и замачивании снизу за счет подъема уровня подземных вод полностью проявляется просадка от собственного веса ssl,g, а при замачивании сверху малых площадей (Bw < Hsl) проявляются лишь только часть ее  .

 

Примечание. При определении неравномерности просадок грунтов следует учитывать возможные наиболее неблагоприятные виды и места расположения источников замачивания по отношению к рассчитываемому фундаменту или сооружению в целом.

 

4.Разделение грунтов

Грунтовые условия площадок, сложенных просадочными грунтами, в зависимости от возможности проявления просадки грунтов от собственного веса, подразделяются на два типа:

 

I тип - грунтовые условия,  в которых возможна в основном  просадка грунтов от внешней  нагрузки, а просадка грунтов  от собственного веса отсутствует  или не превышает 5 см;

 

II тип - грунтовые условия,  в которых помимо просадки  грунтов от внешней нагрузки  возможна их просадка от собственного  веса и размер ее превышает  5 см.

 

   Основные  способы устройств фундаментов  на лёссовых просадочных грунтах.

 

Основные способы устройств  фундаментов на лёссовых просадочных грунтах фундамент грунт сооружение

  При возможности замачивания грунтов и развития недопустимых просадок следует предусматривать одно из мероприятий:

 

а) устранение просадочных свойств грунтов в пределах всей просадочной толщи;

 

 б) прорезку просадочной толщи глубокими фундаментами;

 

в) осуществление комплекса  мер, включающего подготовку оснований, частичное устранение просадочных свойств грунтов, водозащитные и конструктивные мероприятия. 

 

     Выбор указанных мероприятий должен производиться с учетом типа грунтовых условий, вида возможного замачивания, расчетной просадки, конструктивных особенностей сооружений, взаимосвязи проектируемых сооружений с соседними объектами и коммуникациями.

 

В грунтовых условиях I типа устранение просадочных свойств грунтов допускается выполнять только в пределах верхней части зоны просадки, но не менее 2/3 ее высоты, если конструкции сооружения рассчитаны на возможные деформации основания, а просадки и их неравномерность не превышают 50% предельных деформаций, допустимых для данного сооружения.

    Устранение влияния  просадочности в этих грунтовых условиях возможно следующими способами: снижением давления по подошве фундаментов малоэтажных зданий до величины, при которой в основании на всех глубинах напряжение меньше начального просадочного давления; уплотнением грунта тяжелыми трамбовками, массу которых подбирают в зависимости от мощности просадочной толщи в пределах 5 - 10 т и более; устройством грунтовых подушек или путем сочетания уплотнения нижней зоны просадочной толщи с уплотненной грунтовой подушкой в верхней зоне; устройством набивных или забивных фундаментов в вытрамбованных котлованах, а также изготовлением коротких набивных свай или забивкой пирамидальных свай прорезкой просадочной толщи сваями и передачей нагрузки на подстилающие грунты.

 

     В грунтовых  условиях II типа возможны следующие  варианты устройства фундаментов:

• прорезка просадочной толщи сваями различного типа или глубокими фундаментами ;
• закрепление грунтов химическими или термическими способами ;
• уплотнение грунтов предварительным замачиванием в сочетании с глубинными взрывами и уплотнение тяжелыми трамбовками ;
• уплотнение грунтов грунтовыми сваями . 

 

Могут применяться и другие методы устранения просадочных свойств грунтов и прорезки просадочной толщи. В грунтовых условиях II типа наряду с устранением просадочности и прорезкой толщи просадочных грунтов должны предусматриваться водозащитные мероприятия, а также соответствующая компоновка генерального плана застраиваемой территории. Лучшим решением является сохранение природного рельефа местности и дернового покрова, а также эффективная система водостоков и др. водозащитных мероприятий. После уплотнения или закрепления просадочности грунтов определяют показатели их физико-механических свойств, необходимые для расчета фундамента.

 

5.ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И СТРОИТЕЛЬСТВА

Просадочные грунты широко распространены в Южной и Северной Америке, Новой Зеландии, Северной Африке, Средней Азии, в Европе и Азии. На Украине они занимают свыше 70 % территории. На Северном Кавказе и Закавказье просадочные грунты

встречаются в районах  земледелия, промышленного и гражданского строительства. Распространены они  на территории ЦЧР.

Характерными внешними признаками лессовых и лессовидных пород являются: видимая невооруженным глазом пористость, обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев; способностью держаться вертикальными обрывами значительной высоты; быстрая размокаемость в воде; отсутствие мелкой слоистости; светлая окраска в сухом состоянии; наличие ходов мелких животных (кротовин); большие неравномерные деформации (просадки) при увлажнении под действием веса здания или только от действия собственного веса; существенное изменение физико-механических свойств под влиянием влаги и напряженного состояния.

Отличается высокая изменчивость основных характеристик просадочности : относительной просадочности εsl и начального просадочного давления рsl.

Среднее квадратичное отклонение просадки от собственного веса

где εsl σ – среднее квадратичное отклонение εsl .

Осреднение εsl и рsl выполняется двумя способами.

 Первый заключается в осреднении опытных значений в пределах выделенных на площадке ИГЭ.

 По второму способу  по всем техническим скважинам  вычисляется средняя зависимость εsl = f (n) для разных нагрузок, а также средняя зависимость psl = f (n) .

Под действием нагрузки и замачивания наблюдаются вертикальные деформации провального характера, связанные с коренным нарушением структуры. Абсолютные величины просадок часто превышают предельно допустимые. Замачивание, как правило, неравномерно на площади. По этой причине возникают значительные неравномерные деформации. Замачивание грунта приводит к изменению напряженного состояния в массиве грунтов.

Происходит это вследствие : увеличения влажности при аварийном замачивании; уплотнения грунтов при ликвидации их просадочных свойств; устройства обратных засыпок котлованов (в двух последних случаях плотность грунта в сухом состоянии возрастает с 1,35 ... 1,5 до 1,75 ... 1,95 г/см3); применения фундаментов из забивных, набивных и буронабивных свай; устройства фундаментов под технологическое оборудование; постоянной и временной нагрузки на полы, от веса зданий и сооружений (их необходимо учитывать не только в пределах активной и деформируемой зон, но

и в пределах всей просадочной толщи, в том числе и при сжатии подстилающих ее грунтов); динамических воздействий от работающих внутри и вокруг зданий технологического оборудования, железнодорожного и автомобильного транспорта.

 

При устройстве планировочных  насыпей вертикальные напряжения в просадочной толще возрастают. Срезы грунта, устройство подвалов, тоннелей приводит к разгрузке грунтовой толщи. Увеличение напряженного состояния приводит к дополнительным осадкам подстилающих просадочную толщу непросадочных грунтов.

В случае подъема подземных грунтовых вод просадки грунтов происходят со значительным запаздыванием и водонасыщенный грунт сохраняет остаточную просадочность. При снижении быстро поднявшегося УПВ интенсивность прироста просадок возрастает.

Для оценки технического состояния зданий, построенных на просадочных грунтах, часто используют критерий Е. С. Руденко, включающий пять степеней:

I – наличие в стенах и фундаментах волосяных трещин, с раскрытием не более 3 мм;

II – то же, с раcкрытием трещин до 10 мм, имеющих протяженность в пределах двух-трех этажей;

III – то же, в большом количестве, с раскрытием 10 … 30 мм, в пределах двух и более этажей;

IV – аварийное состояние здания с раскрытием сквозных трещин более 20 мм, с опасностью разрушения отдельных узлов

конструкций;

V – разрушение здания или его части.

Причинами значительных деформаций зданий на свайных фундаментах в сложных инженерно-геологических условиях являются: неполная прорезка сваями просадочных грунтов, расположение концов свай в слабых грунтах (торфы, сапропели, илистые грунты), подъем свай в пучинистых грунтах, расположение концов свай в грунтах разной плотности и на крутопадающем рельефе, изменение гидрогеологических условий (подтопление), провоцированные подвижки больших масс грунта, многократное приложение значительных временных нагрузок, внецентренное приложениe временных нагрузок (разгрузка и загрузка силосных банок).

В случаях, когда  исключается замачивание просадочных грунтов сверху или вследствие подъема уровня грунтовых вод, а возможно лишь медленное повышение влажности, основания и фундаменты проектируют как на обычных непросадочных грунтах

При возможности  и неизбежности замачивания нормальная эксплуатация здания и сооружения достигается применением одного из следующих принципов :

• устранения просадочных свойств грунтов;

• прорезки просадочных грунтов глубокими фундаментами;

• комплекса мероприятий, включающих подготовку основания, водозащитные и конструктивные мероприятия.

 

Устранение просадочных свойств достигается путем уплотнения и закрепления.

Для уплотнения просадочных грунтов с I типом грунтовых условий по просадочности применяют: поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками, вытрамбовывание котлованов, устройство грунтовых подушек.

  На площадках со II типом применяют:

предварительное замачивание, в том числе, с глубинными взрывами, глубинное уплотнение пробивкой скважин (грунтовыми сваями) и др. Закрепляют просадочные грунты силикатизацией, обжигом. Прорезкой просадочных грунтов глубокими фундаментами обеспечивается передача нагрузки фундаментов на подстилающий

грунт. Она выполняется свайными фундаментами из забивных и набивных свай, столбами из закрепленного грунта.

Водозащитные мероприятия применяются, как правило, на площадках со вторым типом грунтовых условий по просадочности с целью снижения вероятности замачивания грунтов, исключения интенсивного замачивания на всю толщину, контроля за состоянием сетей, обеспечения своевременного предотвращения замачивания.

В комплекс водозащитных мероприятий входит: компоновка генплана, планировка застраиваемой территории, устройство под зданиями и сооружениями маловодопроницаемых экранов, качественная засыпка пазух котлованов и траншей, устройство уширенных отмосток, прокладка коммуникаций, несущих воду, в непроницаемых лотках, отвод аварийных вод за пределы здания. Для обеспечения прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности зданий, возводимых в грунтовых условиях II-го типа по просадочности, необходимы расчеты на воздействие:

• искривления основания под зданием вследствие просадки грунта от собственной массы;

• неравномерных просадок основания от нагрузки фундаментов в случае неполного устранения просадочности грунтов в

деформируемой зоне основания;

• горизонтальных деформаций основания;

• усилий, возникающих в контактных устройствах крупнопанельных домов при замыкании деформационных швов.

Конструктивные мероприятия применяют при строительстве зданий на просадочных грунтах II типа по просадочности , возводимых с использованием комплекса мероприятий, которые направлены на:

• повышение прочности и общей пространственной жесткости зданий и сооружений;

• увеличение податливости зданий и сооружений за счет применения гибких или податливых конструкций;

• обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений при возможных неравномерных просадках грунтов основания.

Мероприятия первой группы включают: разрезку здания осадочными швами на отдельные отсеки, устройство железобетонных поясов и армированных швов, повышение степени армирования отдельных железобетонных элементов, устройство жестких горизонтальных диафрагм, усиление фундаментно-подвальной части зданий и сооружений путем применения монолитных или сборно-монолитных фундаментов.

 Мероприятия второй группы состоят в обеспечении гибкой связи между отдельными элементами конструкций, повышении площади опирания отдельных конструктивных элементов, увеличении устойчивости элементов конструкций при повышенных деформациях оснований, повышении влаго- и водонепроницаемости стыков между отдельными элементами конструкций. Мероприятия третьей группы заключаются в применении таких конструктивных решений отдельных узлов и деталей, которые позволяют в короткие сроки восстановить после неравномерных просадок нормальную эксплуатацию кранов, лифтов и т.д., увеличении габаритов между отдельными конструкциями, обеспечивающими восстановление нормальной эксплуатации оборудования. При частичном устранении просадочных свойств грунтов поверхностным уплотнением тяжелыми трамбовками, химическим закреплением, устройством грунтовых подушек в пределах всей площади здания в основании образуется маловодонепроницаемый экран. Интенсивность увлажнения грунта резко снижается.

  В описан метод организованного увлажнения просадочных грунтов оснований здания. Увлажнение грунта производится после возведения коробки здания и набора им проектной массы и жесткости. Для обеспечения изгибной жесткости устраиваются железобетонные или армокирпичные пояса в нижней зоне (в подошве фундамента, поверх сборных бетонных блоков, в уровне перекрытия цокольного этажа) на случай реализации деформаций прогиба и в уровнях междуэтажных перекрытий верхних этажей на случай реализации деформации выгиба. Под фундаментами устраивается гравийно-песчаная дренирующая подушка, разделенная на "захватки" длиной около 10 м при помощи глиняных замков. Водораспределительная система состоит из подводящего трубопровода диаметром 100 … 150 мм с водомером, задвижкой, ответвлениями труб диаметром 70 … 100 мм с раздаточными штуцерами и водоприемниками.

Вычисляется объем воды, необходимый для полного водонасыщения, время увлажнения грунта. Организуются работы по геодезическому наблюдению за деформациями здания. В течение одного-полутора месяцев после начала работ по увлажнению деформации грунтового основания стабилизируются: скорость просадки не превышает 1 мм/сут. В период развития просадок определяются значения относительного прогиба (выгиба) и кручения. При приближении их к критическим величинам изменяют режим увлажнения. Величина просадки может достигать одного метра. Вследствие этого зданию придают начальный строительный подъем на величину ожидаемых просадок.

Для бескаркасных зданий высотой до 12 этажей, рассчитанных и запроектированных на просадочных грунтах с комплексом мероприятий, предельными деформациями являются:

• средняя суммарная осадка и просадка u s = 20 см;

• относительная разность суммарных просадок (Δs / l ) = 0,002;

• крен i u = 0,008.

Допустимые наклоны лифтовых шахт в десять раз ниже величины предельного крена. Вследствие этого предусматривают соответствующие зазоры вокруг лифтовых шахт. Просадка грунта вызывает горизонтальные перемещения и дополнительные сжимающие и растягивающие усилия в фундаментах, стенах и конструкциях перекрытий. Возможны горизонтальные перемещения отдельных зданий в целом или секций

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы:

1. В. М. АНТОНОВ, В. В. ЛЕДЕНЕВ, В. И. СКРЫЛЕВ :"ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ"
2. http://www.refsru.com
3. http://soyuzproekt.narod.ru