Главная  Материалы 

 

Условия применимости решений теории упругости к грунтам

 

В практике современного строительства применение свайных фундаментов из сборных железобетонных свай и набивных опор оказывается целесообразным в зданиях и сооружениях, передающих значительные нагрузки на основание.

 

Если на строительной площадке возможно возникновение значительных неравномерных осадок, вызывающих дополнительные усилия в надземных конструкциях, то для их уменьшения также может быть рекомендовано устройство свайных фундаментов. Одновременно может быть достигнута существенная экономия материальных средств, так как вместо фундаментов со значительными размерами в плане можно ограничиться небольшим количеством свай.

 

При условии залегания на значительной глубине грунтов, которые могут быть использованы в качестве оснований, как правило, применяют свайные фундаменты, которые способны передать нагрузки на большие глубины по сравнению с фундаментами, возводимыми в открытых котлованах.

 

Кроме того, свайные фундаменты часто применяют в случаях, когда возведение фундаментов в открытых котлованах нерационально из-за большого объема земляных работ, высокого расположения уровня подземных вод и связанной с этим необходимостью выполнения дорогостоящих работ по искусственному водопониже-нию, а также больших затрат на крепление стенок котлованов или необходимостью сохранения природной структуры грунтов. Экономический эффект получают в основном за счет уменьшения объемов земляных работ и существенно большего уровня индустриализации при свайных работах по сравнению с монтажом фундаментных блоков. Однако условия применения свайных фундаментов должны быть экономически обоснованы на основании технико-экономического сравнения вариантов проектных решений.

 

1 Схема передачи нагрузки на грунт в основании свайного и обычного фундаментов: 1 — область сжатия грунтов основания

 

10.1 Конструкция соединения свай с ростверком при свободном соединении: а — квадратных свай с монолитным ростверком; б — то же, с полой круглой сваей; в — сопряжение с монолитным ростверком с помощью сборного оголовка; г — сопряжение квадратной сваи со сборной колонной с помощью сборной насадки; д, е — сопряжение полых круглых свай со сборными колоннами; 1 — монолитный ростверк; 2 — бетонная подготовка; 3 — заполнение бетоном; 4 — заполнение полости сваи грунтом; 5 — полая круглая свая; 6— сборный оголовок; 7 — свая с квадратным поперечным сечением; 8 — колонна; 9 — сборная железобетонная насадка

 

10.1 Конструкции соединения свай с ростверком при жестком соединении: а — квадратной сваи с монолитным ростверком; б — то же, полой круглой сваи; « — квадрат-вой сваи с помощью сборного железобетонного оголовка; г — квадратной сваи со сборным ростверком; д — то же, полой круглой сваи; 1 — монолитный ростверк; 2 — выпуски арматуры; 3 — бетонная подготовка; 4 — свая квадратного поперечного сечения; 5 — полая круглая свая; 6 — сборный ростверк; 7 — заполнение бетоном

 

Используя свайные фундаменты, необходимо иметь в виду, что в зависимости от ширины ростверка и соотношений между его шириной и длиной свай условия работы грунтов будут разными. Чем шире ростверк, тем менее (при одинаковых длинах свай) эффективны свайные фундаменты. Сравнивая работу свайного фундамента с широким ростверком с работой фундамента, возводимого в открытом котловане, оказывается, что объем грунта, включающийся в работу в первом и втором случаях, мало отличаются друг от друга ( 10.9, а) для одного и того же сооружения. Под узким фундаментом при длинных сваях объемы грунта приблизительно одинаковы, но в свайном фундаменте в работу включаются более глубокие слои грунта, имеющие, как правило, меньшую сжимаемость ( 10.9, б) и более высокую несущую способность.

 

Конструкция сопряжения свай с ростверком во многом определяется характером передаваемых на сваю усилий, а также конструкциями ростверка и свай.

 

Примеры конструктивного решения сопряжения свай с различными типами ростверка при свободном соединении показаны на 10.10, а при жестком соединении на 10.1 Соединение бурона-бивных свай с несущими конструкциями показано на 10.12.

 

10.1 Конструкции соединений набивных свай с колоннами:

 

с помощью монолитного оголовка; б — с помощью сборной насадки; 1 — колонна; 2 — монолитный оголовок; 3 — бетонная подготовка; 4 — набивная свая; 5 — сборная насадка

 

Работа оснований рассматривается с позиций решений теории упругости и пластичности применительно к плоской или пространственной задаче в зависимости от принятой расчетной схемы.

 

Песчаным Грунтам в меньшей степени свойственна эта нелинейность, пылевато-глинистым — в большей.

 

При проектировании оснований массив грунта рассматривают как пространственную систему, находящуюся в сложном напряженно-деформированном состоянии. Напряжения и деформации в различных точках основания зависят от размеров фундаментов, свойств грунтов и интенсивности нагрузок.

 

Теория упругости рассматривает только сплошные тела, имеющие строго линейную зависимость между напряжениями и деформациями. В связи с этим возникает вопрос, в какой мере решения теории упругости применимы для расчетов оснований и фундаментов и каковы границы этой применимости. Очевидно, что использовать решения теории упругости при расчетах оснований можно только при условии принятия некоторых упрощающих допущений о работе грунтов оснований. Зернистое строение грунта обусловливает увеличение напряжений в зонах контакта частиц грунта по сравнению со средней интенсивностью напряжений, возникающих в его массиве.

 

Экспериментальные исследования работы грунтов оснований под действием внешней нагрузки показали, что в больпшнстве случаев они не являются идеально упругими телами, так как остаточные деформации значительно больше упругих. Эти же наблюдения показали, что грунтам свойственна нелинейная зависимость между напряжениями и деформациями.

 

Как уже указывалось выше, грунтам оснований свойственна нелинейная зависимость между действующим давлением и осадкой, однако при относительно небольших нагрузках в пределах двух фаз деформирования — упругих деформаций, уплотнения и локальных сдвигов — этой нелинейностью пренебрегают и считают грунт линейно деформируемым телом.

 

Анализ внутренней структуры грунтов показал, что они не являются сплошными телами, а имеют зернистое строение и состоят из мелких частиц, поры между которыми заполнены газом и водой. Неоднородность грунтов в ряде случаев обусловливает их анизотропию— различие свойств по разным направлениям.

 

Подавляющее большинство оснований как при возведении зданий, так и при их эксплуатации испытывает однократное (одноразовое) загружение без последующей нагрузки, а если она все же имеет место, то ее значение крайне незначительно, что позволяет применять для расчета оснований и фундаментов решения теории упругости.

 

Теория упругости позволяет определять только среднюю интенсивность напряжения в сплошном теле, а грунты оснований можно лишь условно считать сплошными телами.

 

Несмотря на некоторую условность принятых допущений, практика устройства оснований и возведения фундаментов свидетельствует, что эти гипотезы наряду с использованием теории предельных состояний, современных решений в области инженерной геологии, механики грунтов и строительных конструкций позволяют выполнять необходимые расчеты и успешно решать комплексную задачу проектирования оснований и фундаментов.

 

Поскольку осадки основании нелинейны и складываются из упругих и остаточных, к грунтам неприменима гипотеза теории упругости — принцип независимости действия сил, гласящая, что при действии на тело группы сил результат их воздействия может быть найден простым суммированием результатов воздействий от каждой силы, полученных в отдельности. Для грунтов оснований при нелинейном деформировании нельзя суммировать перемещения и деформации, если нагружение осуществляется не одновременно, а с некоторыми временными разрывами, т. е. не синхронно. Необходимо учитывать также и влияние предшествующего нагружения, так как нагрузка, приложенная к грунту и снятая впоследствии, дает остаточную осадку, которая должна быть учтена расчетом. Следовательно, для грунтов оснований существенным является не только интенсивность внешних нагрузок, но и синхронность, режим и предыстория нагружения.

 

Таким образом, в инженерных расчетах грунты оснований считают сплошными, изотропными линейно деформируемыми телами, испытывающими однократное загружение.

 



Песколовки. Санитарно-химические показатели загрязнения сточных вод. "шлягер" каркаса. Систематизация факторов. Системы водоотведения на подтапливаемых территориях. Склады арматурной стали. Скользящая опалубка.

 

Главная  Материалы 



0.0016