1. Вторая группа предельных состояний. Виды деформаций зданий и сооружений. Причины развития неравномерных осадок оснований. Предельные деформации для различных категорий зданий и сооружений. Основные расчетные зависимости. (билет 15 вопрос №2, билет 10 вопрос №1)
К предельным состояниям второй группы относятся состояния, затрудняющие нормальную эксплуатацию или снижающие долговечность вследствие появления недопустимых перемещений (прогибов, осадок, углов поворота, колебаний, трещин и т. п.).
Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация, происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.
При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.
При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.
В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.
Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях, не обладающих большей жесткостью.
Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.
Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций (рис. 7.4).
Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны (рис. 7.5).
Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок (рис. 7.6). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.
2. Глубинное уплотнение грунтов песчаными, грунтовыми и известковыми сваями. Глубинное виброуплотнение. Область применения, основы технологий.
Грунты, предварительно уплотненные и укрепленные каким-либо способом, называются искусственно улучшенными основаниями зданий или сооружений.
Уплотнение грунта. Уплотнение трамбованием с поверхности состоит в том, что грунты основания уплотняют тяжелыми трамбовками весом от 1 т и более, падающими с высоты 3—4 м. Трамбованием можно уплотнить грунты на глубину 1,5—2 м. Трамбование производится до тех пор, пока от каждого последующего удара трамбовки уплотняемая поверхность начинает понижаться на одну и ту же величину; дальнейшее трамбование практически нецелесообразно. Величину понижения поверхности уплотненного грунта от одного удара условно называют «отказом». Определение величины «отказа» при опытном уплотнении осуществляется нивелированием по металлическим штырям, забитым в грунт перед трамбованием.
Трамбованием рекомендуется уплотнять под подошвой фундамента грунты насыпные и неоднородные по сжимаемости рыхлые, песчаные, макропористые просадочные и другие малоплотные грунты.
Уплотнение грунтов песчаными сваями производится на глубине более 2 м. Уплотняются песчаными сваями слабые насыпные, водонасыщенные рыхлые песчаные грунты, пылеватые и илистые пески, песчаные грунты с тонкими прослойками с. 84суглинков, глин и ила, заторфованные грунты и илистые и слабые глинистые грунты. При устройстве песчаных свай сначала забивают или погружают вибратором стальную трубу, на конце которой имеется инвентарный раскрывающийся башмак. В трубы засыпают слоями крупно- или среднезернистый песок с содержанием глинистых и пылеватых частиц не более 3 %. После засыпки каждый слой трамбуется. По мере заполнения песком трубу выдергивают.
Уплотнение грунтовыми сваями рекомендуется в слабых глинистых и иловатых грунтах, находящихся в пластичном состоянии. Этот же способ уплотнения применяется и для предотвращения просадочности лёссовидных грунтов. Технология устройства грунтовых свай, за исключением свай для уплотнения лёссовидных просадочных грунтов, такая же, как и для песчаных свай.
Уплотнение песчаных грунтов вибрацией производится в насыпных и рыхлых крупно- и среднезернистых песках. Для вибрирования песчаных грунтов используются вибробулавы с одновременным увлажнением песка до полного водонасыщения. В результате вибрации пористость песков может уменьшиться на 10—12 %.
Для закрепления слабых грунтов применяют силикатизацию, цементацию или электроосмотическое обезвоживание и электрозакрепление. Методом силикатизации закрепляются мелкие пески, просадочные лёссы и лёссовидные суглинки; цементацией — скальные обломочные породы, гравийные, галечниковые, песчано-гравийные грунты, рыхлые крупно- и среднезернистые пески; методом электроосмоса и электрохимическим способом можно укреплять глинистые грунты, суглинки, илы и пылеватые водонасыщенные пески (плывуны); лёссовидные просадочные грунты и пористые сухие суглинки можно закреплять термическим способом (обжигом).
Силикатизация грунтов производится путем насыщения их раствором жидкого (натриевого) стекла и хлористого кальция, а цементация — нагнетанием цементных растворов в закрепляемый грунт.
Электроосмотическое обезвоживание и электрозакрепление грунтов основано на свойстве увеличения коэффициента электроосмотической фильтрации под действием постоянного электрического тока, что вызывается изменением свойств связанной воды. Электроосушение заключается в том, что в грунт на глубину осушения погружаются в шахматном порядке электроды в виде иглофильтров или стальных труб, с подводкой к ним постоянного тока, под действием которого вода в грунте перемещается от анода к катоду.
Термическое укрепление (обжиг) просадочных лёссовидных и пористых суглинистых грунтов производится путем обжига на с. 85 глубину до 15 м раскаленными газами через пробурённые в грунте скважины диаметром в 10—20 см.