Инженерно-геологические явления в основании сооружений и в строительных котлованах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ОСНОВАНИИ СООРУЖЕНИЙ И В СТРОИТЕЛЬНЫХ КОТЛОВАНАХ

Цель инженерно-геологического изучения оснований промышленных, городских, транспортных и гидротехнических сооружений - оценка деформируемости и сдвига пород, обоснование расчетов устойчивости сооружений и выбора укрепительных мероприятий. Задача исследований - прогноз отрицательных гидрогеологических и инженерно-геологических процессов в котлованах в период строительства, обоснование мер защиты, производства работ и предотвращение опасных последствий.

Воздействие сооружения и строительных работ на породы и подземные воды основания проявляется в виде: статических и динамических нагрузок; изменения режима, движения и напоров подземных вод; изменений напряженного состояния, свойств и теплового режима пород дна и откосов котлована.

Влияние сооружений на геологическую среду должно быть оценено и учтено в проектах, конструкциях, укрепительных мероприятиях и методах ведения строительства.

При строительстве и эксплуатации сооружений, в зависимости от их вида и инженерно-геологических условий, в основаниях и котлованах возникают:

- деформации пород основания в виде уплотнения, сдвига и выпора под действием статических и вибрационных нагрузок;

- выпор (пучение) в глинистых и отпор (отслаивание) в трещиноватых скальных породах вызванные разгрузкой напряжений, выветриванием и обводнением;

- изменения прочностных и деформационных свойств пород, обусловленные разуплотнением, выветриванием, суффозией и выщелачиванием в связи с измененным режимом подземных вод;

- плывуны в котлованах, прорывы подземных вод, водопритоки и «взламывание» дна выемок под давлением напорных вод;

- нарушение устойчивости откосов котлованов, образование оползней, оплывин, осыпей, размыв ливневыми водами и мерзлотные деформации пород;

- усадка глинистых пород в основании сооружений в результате их высыхания и просадки в лессах.

Развитие процессов различно по интенсивности и параметрам в разных комплексах пород и в зависимости от глубины, размеров, длительности и способов проходки котлованов. Их значение неодинаково для разных видов и конструкций сооружений, имеющих допустимые величины осадок и крена при неравномерном уплотнением пород основания.

В СНиП II-15-74 указаны предельно допустимые величины совместных деформаций грунтов оснований и промышленно-жилых зданий.

Различия в механизме и степени деформируемости пород оснований определяют методику их инженерно-геологического изучения и составления геомеханических (расчетных) схем.

По деформируемости и прочности пород в основании сооружений можно выделить 10 основных групп (илы, плывуны, торфы; лёссовидные разности; пески и ледниковые образования; глины; полускальные грунты; растворимые грунты; карбонатные и терригенные породы; скальные породы; щебнисто-глыбово-глинистые склоновые образования).

При составлении инженерно-геологических расчетных схем следует оценивать состояние пород (недоуплотненное, разгруженное и т.д.); степень и характер обводненности; трещиноватость, закарстованность и выветрелость; мерзлое состояние.

Распределение и величины дополнительных напряжений от веса сооружения зависят от: размеров жесткости и формы фундаментов; неравномерности приложения нагрузки по площади; особенностей литологического разреза и механических свойств пород; положения уровней подземных вод, геологического строения, деформируемости, слоистости и трещиноватости пород.

Предотвращение осадок, недопустимых для устойчивости сооружений, их крена и сдвига обеспечивается мероприятиями по стабилизации (упрочнению) пород оснований и конструкций сооружений.

Неравномерность осадок сооружений в случаях неоднородного основания устраняется: 1) заложением фундаментов отдельных частей здания на различные глубины, на которых находятся породы с примерно одинаковой или большей несущей способностью; 2) уширением фундаментов, созданием песчано-гравийных подушек в пределах более деформируемых грунтов; 3) особыми типами фундаментов для различно действующих частей сооружения. 4) укреплением пород основания инъекциями растворов.

Расчеты осадок сооружений

Предельная нагрузка, которую можно передать на естественное основание сооружения, определяется переходом естественного основания и выстроенного на нем сооружения в предельные состояния.

Предельным называется такое состояние массива грунта, когда малейшее увеличение нагрузки может сделать возведенное сооружение непригодным для дальнейшей эксплуатации.

Различают 2 предельных состояния: 1 - по прочности или устойчивости и 2 - по деформациям. 1 - характеризуется образованием в основании поверхностей скольжения (или пластических зон), по которым может произойти сдвиг части основания вместе с сооружениями; 2 - деформациями основания таких размеров, которые вызывают недопустимые повреждения строительных конструкций.

При расчете по предельным состояниям различают нормативные и расчетные нагрузки.

Нормативные - наибольшие нагрузки, которые установлены нормами и допускают нормальную эксплуатацию конструкций и их оснований. Расчетные получают путем умножения нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки (от 1.1 до 1.4).

Прочностные и деформационные свойства грунтов также характеризуются нормативными и расчетными показателями.

Нормативные показатели вычисляются как средние из серии параллельных испытаний (не менее 7), расчетные - путем умножения на коэффициент однородности (обычно 0.8-0.95) или путем вычисления с помощью статистических методов.

Расчеты уплотнения пород основания и осадок сооружений производятся по двум схемам: I -- по деформациям и II -- по несущей способности (первое предельное состояние).

Согласно СНиПу, расчеты по деформациям оснований проводятся для условий совместной работы основания и сооружения. Расчет по деформациям исходит из условия S<S_пp, где S -- величина совместной деформации основания и сооружения; S_пp -- предельно допустимая величина совместной деформации для данного вида конструкции, эксплуатационного режима работы и расположения комплекса сооружений. Целью pасчета оснований по дефоpмациям является огpаничение абсолютных и относительных пеpемещений фундаментов и надфундаментных констpукций такими пpеделами, пpи котоpых гаpантиpуется ноpмальная эксплуатация сооpужения и не снижается его долговечность (вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кpенов, изменений пpоектных уpовней и положений констpукций, pасстpойств их соединений и т. п.).

Деформации основания подразделяются на: осадки, просадки, подъемы и осадки, оседания, горизонтальные перемещения, провалы

Осадка фундамента отдельного сооружения S определяется методом послойного суммирования уплотнения отдельных слоев, исходя из представлений о линейно-деформируемом полупространстве. Принимается, что осадка фундамента шириной или диаметром менее 10 м вызывается дополнительным напряжением, равным разности среднего давления от массы сооружения и природного давления р. Суммарная (конечная) осадка сооружения на слоистой толще S определяется по формуле

S = ,

где п -- число слоев сжимаемой толщи; h_i -- мощность i-гo слоя грунта; E_i -- модуль деформации i-гo слоя грунта; р_i -- среднее дополнительное давление i-гo слоя; -- безразмерный коэффициент, равный 0,8.

Для особых типов оснований, сложенных грунтами просадочными лёссовыми, набухающими, заторфованными, засоленными, мерзлотно-пучащимися и неоднородно-обломочными элювиальными СНиПом предусмотрены дополнительные рекомендации и расчетные способы оценки деформаций.

основание строительный деформируемость

Расчеты по несущей способности выполняются, когда: в породах основания действуют или на них передаются горизонтальные напряжения; сооружение расположено на скальных породах на склоне (откосе) или вблизи его бровки; основание сложено водонасыщенными малопрочными илами, песчано-глинистыми и торфяными грунтами.

Расчеты предназначаются для обеспечения устойчивости сооружений и недопущения сдвига фундамента по подошве и его опpокидывания с учетом возможности горизонтальных перемещений отдельных фундаментов или здания в целом и производятся для нескальных пород исходя из условия N<Ф/ К_н , где N -- расчетная нагрузка на основание, определяемая в соответствии с рекомендациями СНиПа П-15-74; Ф -- несущая способность основания; К_н -- коэффициент надежности, устанавливаемый в зависимости от ответственности и характера эксплуатации сооружения, инженерно-геологических условий, но не менее 1,2.

Сила пpедельного сопpотивления основания, сложенного нескальными гpунтами, должна опpеделяться исходя из условия, что соотношение между ноp-мальными и касательными напpяжениями по всем повеpхностям скольжения, соответствующее пpедельному состоянию основания, подчиняется зависимости

= tg ₁ + c₁,

где ₁ и c₁ - соответственно pасчетные значения угла внутpеннего тpения и удельного сцепления гpунта.

Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов.

Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего требования , удельное сцепление c, модуль деформации грунтов E, предел прочности на одноосное сжатие грунтов R_c и т.п.).

Характеристики грунтов природного сложения и искусственного происхождения должны определяться на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

Нормативные и расчетные значения характеристик грунтов устанавливаются на основе статистической обработки результатов испытаний по методике, изложенной в ГОСТ 20522-75.

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений характеристик грунтов X, определяемых по формуле:

X=X_n / _g ,

где X_n - нормативное значение данной характеристики;

_g - коэффициент надежности по грунту.

Коэффициент надежности по грунту _g при вычислении расчетных значений прочностных характеристик (удельного сцепления c, угла внутреннего трения нескальных грунтов и предела прочности на одноосное сжатие скальных грунтов R_c, плотности грунта ) устанавливается в зависимости от изменчивости этих характеристик, числа определений и значения доверительной вероятности .

Для прочих характеристик грунта допускается принимать _g = 1.

Расчетное значение удельного веса грунта определяется умножением расчетного значения плотности грунта на ускорение свободного падения.

Доверительная вероятность расчетных значений характеристик грунтов принимается при расчетах оснований по несущей способности = 0,95, по деформации - = 0,85.

Размещено на Allbest.ru