Вопрос 3
Основные типы сооружений по жесткости. Методика определения нормативных и расчетных значений физико- механических характеристик грунтов
Основные типы сооружений по жесткости
· Абсолютно гибкие сооружения беспрепятственно следуют за перемещениями основания во всех точках контакта с ним. При неравномерных осадках в таких сооружениях не возникает дополнительных напряжений. Идеальным примером являются насыпи. К абсолютно гибким относят также группу сооружений, называемых практически гибкими: одноэтажные здания со статически определимой расчетной схемой, эстакады, галереи.
· С гибкой схемой-может возникать смещение конструкции
· С жесткой конструктивной схемой-конструкции обладающие высокой жесткостью
· Абсолютно-жесткие-сооружения, в которых практически не востонавливается взаимод смещение конструкций. Абсолютно жесткие сооружения не могут искривляться. При неравномерных осадках основания они получают крен без изгиба конструкций (дымовые трубы, башни, мачты и т.п.). Такие сооружения перераспределяют давление по подошве фундамента: увеличивают его в местах с меньшей податливостью основания и уменьшают в местах с большей податливостью. Перераспределение давления приводит к возникновению в сооружениях дополнительных усилий.
Учет жесткости в ходе расчетов
В зависимости от жесткости конструкций определяют:
· Коэфициенты условия работы основания
· Велечины предельной деформации Su, Smax u
Методика определения нормативных и расчетных значений физико- мезанических характеристик грунтов
· Изменчивость свойств
· Погрешности при определении
· Степень надежности расчета Х=Хn/γρ Хn-среднее значение за исключении случайной ошибки
γg=1/(1± δ)
Вопрос 4 Классификация фундаментов
· Ленточные
Ленточные фундаменты обычно применяют для зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также при наличии подвала или теплого подполья. Их устраивают при мелком заложении на сухих непучинистых грунтах. В этом случае они становятся как бы заглубленным цоколем, а по расходу материалов и трудозатратам приближаются к столбчатым фундаментам.
· Столбчатые
Столбчатые фундаменты выполняют из штучных материалов: камня, кирпича, бетона, деревянных и железобетонных столбов, металлических и асбестоцементных труб. По расходам материалов и трудовым затратам столбчатые фундаменты в 1,5−2 раза дешевле ленточных. Особенно эффективно их применять в пучинистых грунтах при их глубоком промерзании.
· Массивные
· Комбинированные, то есть способный выполнять функции сейсмической защиты
· Свайные фундаменты
Свайные фундаменты применяют для передачи нагрузок в слабых и сильно сжимаемых грунтах (плывуны и т.д.), в районах вечной мерзлоты, а также при больших нагрузках на основание. Они состоят из сваи и ростверка (плита, в которую заделаны концы свай). Сваи могут опираться на твердый фунт (сваи-стойки) или быть висячими, т.е. передавать нагрузку на грунт за счет трения по боковым поверхностям сваи.
Отличительные черты:
· Длина сваи во много раз больше её поперечных размеров
· Устраиваются с поверхности основания
· Нагрузка на основание передаётся как за счет давления под пятой сваи так и за счет трения по боковой поверхности
Специальные фундаменты
Отличительные особенности:
· Специальные технологические успр
· Значительные размеры (более 1,2в сечении)
· Большая глубина заложения d/b>4 м
По типу основания:
- на естественном
- Искусственном
- Искусственно –улучшенном
Основные факторы влияющие на выбор рационального типа фундаментов, являются инженерно-геологические условия
Схема 1
Все слои прочные прочные напластование слитное наиболее рациональное является на естественном основании
Схема 2
Верхний слой слабый, подстилочный слой достаточно прочный
· Плитные фундаменты, в виде сплошной плиты
Схема 3
Средний слой слабый, перекрыт
Для нагрузок наиболее часто встречающих на практике слабыми принято считать
песчаные
7.
Сваи – длинные стержни, погруженные в грунт в готовом виде или изготовленные в грунте и предназначенные для передачи давления сооружения на грунт основания.
Виды свай по характеру передачи нагрузки на основание: сваи -стойки, сваи трения.
Сваи стойки прорезают всю толщу сжимаемых грунтов и опираются на слой практически несжимаемого грунта. При загрузке сваи силой F она практически не получает вертикального перемещения, поэтому не возникает трение между боковой поверхностью сваи и грунтом. Сваи-стойки передают давление только через нижний конец (пяту) и работают как сжатые стержни в упругой среде.
Сваи трения – окружены со всех сторон сжимаемыми грунтами. Под вдавливающей нагрузкой сваи перемещаются вниз, и по их боковым поверхностям развивается суммарная сила трения Fs. Под нижним концом сваи возникает сопротивление Fp.
Сопротивление основания перемещению сваи под нагрузкой называется несущей способностью сваи. И равно: Fd= Fs+ Fp.
Виды свайных фундаментов:
Одиночные сваи - применяют под сооружения, когда нагрузку от колонны здания или стыка панелей воспринимает одна свая. Иногда сваи являются одновременно колоннами зданий, такие конструкции называются сваями-колоннами.
Ленточные свайные фундаменты – устраивают под стенами зданий и другими протяженными конструкциями. Различают однорядное и многорядное размещение свай. При многорядном размещении фундамент легко воспринимает вертикальную нагрузку и момент, при однорядном размещении внецентренно приложенная нагрузка вызывает изгиб свай.
Свайные кусты – группы свай, обычно расположенные под отдельными конструкциями. Минимальное число свай в одном кусте – три. Иногда допускается делать свайные кусты из 2 свай, если исключено развитие изгиба свай в перпендикулярном направлении по отношению к оси, проходящей через обе сваи.
Сплошное свайное поле – устраивают под тяжелые сооружения, когда сваи располагаются по некоторой сетке под всем сооружением или его частью.
Свайным полем строители также называют систему свай устроенных под сооружением, состоящих из одиночных свай, лент и свайных кустов.
Чтобы все сваи фундамента работали одновременно, их объединяют железобетонной плитой или балкой – ростверков.
Типы свайных ростверков:
Низкий свайный ростверк располагают ниже поверхности грунта. Может передавать часть вертикального давления на грунт основания по своей подошве и при практически плотной обратной засыпке воспринимать давление от горизонтальных сил.
Повышенный свайный ростверк не заглубляют в грунт, а располагают непосредственно на его поверхности. В связи с этим отпадает необходимость в устройстве опалубки снизу ростверка.
Высокий свайный ростверк располагают выше поверхности грунта. Применяют при строительстве мостов и гидротехнических сооружений, под внутренними стенами жилых зданий.
По способу изготовления сваи можно подразделить на две группы:
1) изготовляемые заранее и погружаемые затем в грунт забивкой, вибрационным способом, подмывом, завинчиванием;
2) набивные и буровые, изготовляемые непосредственно в грунте на месте.
В соответствии с этим различают сваи забивные, камуфлетные набивные, буровые и винтовые. Встречаются также комбинированные сваи, представляющие собой сочетание свай перечисленных типов.
8.
Деревянные сваи применяют редко в результате ограниченности сортамента лесных материалов из-за гниения древесины при её расположении выше уровня грунтовых вод.
Железобетонные сваи более универсальны по сортаменту и по форме, чем деревянные.
Металлические сваичаще всего имеют трубчатое сечение, в редких случаях двутавровое или иное сложное сечение.
Комбинированные сваи - отдельные части изготовлены из разных материалов.
По форме поперечного сечения — круглые, квадратные, прямоугольные, многоугольные, открытого профиля, пустотелые и трубчатые.
По форме продольного сечения — цилиндрические, конические, пирамидальные и телескопические.
Методы погружения свай:
Забивные – погружают в грунт свайными молотами. Масса ударной части свайного молота должна быть не меньше, чем масса сваи с наголовником, надеваемым для защиты сваи от разрушения молотом.
Погружаемые вибрированием – применяют при наличии толщи насыщенных водой песков. Используются вибропогружатели и вибромолоты.
Вдавливаемые – применяют там, где нельзя использовать динамические воздействия (вблизи существующих зданий, особенно при наличии в их основании песков и супесей, способных уплотняться при действии колебаний).
Ввинчиваемые – применяют, когда на поверхности залегают слабые грунты, подстилаемые малосжимаемыми, и для устройства фундаментов, работающих на выдёргивание.
Сваи, изготавливаемые в грунте. Методы бурения скважин, методы крепления стенок скважин, методы уплотнения забоя скважин. Последовательность устройства буронабивных свай. Вибропогружная технология и технология полого шнека при устройстве свай.
Сваи, изготавливаемые в грунте
Понятие «набивные сваи» объединяет большое число различных конструкций свай и методов их изготовления. Общим для таких свай является основная технологическая схема, заключающаяся в том, что в грунте непосредственно на площадке строительства тем или иным методом устраивают скважину, которую затем заполняют бетоном.
Впервые технологию устройства набивных свай предложил киевский инженер А.Э. Страус. По его способу одновременно с бурением скважины в нее опускается обсадная труба. По достижении проектной отметки приступают к бетонированию и постепенному извлечению обсадной трубы. В результате трамбования бетонной смеси образуется неровная боковая поверхность сваи, которая способствует увеличению ее несущей способности (рис. 1). Чем слабее грунт, тем больше получается уширение.
Рис. 1. Последовательность изготовления сваи Страуса: а — бурение скважин под защитой обсадной трубы; б — бетонирование с трамбованием и постепенным извлечением обсадной трубы; в — готовая свая.
Набивные сваи можно усиливать арматурой, которую в виде каркаса опускают в скважину перед бетонированием.
По способу изготовления набивные сваи разделяют на следующие виды:
· буронабивные, изготовляемые с предварительным бурением скважин под глинистым раствором или бурением скважин диаметром не менее 400 мм сухим способом (в необходимых случаях с установкой обсадной трубы) с последующим опусканием арматурного каркаса и подачей бетонной смеси в скважину (рис. 8.7.1);
· буронабивные с уширенной пятой, изготовляемые аналогично предыдущему виду свай, с устройством в нижней части ствола уширения, образуемого путем разбуривания скважины специальным механизмом (рис. 8.7.2);
· набивные часто трамбованные, изготавливаемые путем предварительной забивки инвентарных труб с башмаком, оставляемым в грунте, с последующим частичным извлечением инвентарной трубы, подачей бетонной смеси и ее трамбованием.
методы бурения скважин
Шнековое бурение
Для бурения песчаных скважин чаще всего применяется шнековое бурение. Бурение производится при помощи шнека: разрушаемая буром порода выносится наверх лопастями шнека – стальной ленты, навитой на буровую штангу. Бурится песчаная скважина шнековым методом 1 – 2 дня. Шнековый способ бурения экономичен, однако у него есть существенный недостаток: при встрече шнека с подземными валунами могут возникнуть проблемы. Этот способ эффективен при сооружении неглубоких скважин (до 50 м) в мягких песчано-глинистых грунтах. Производительность бурения скважины шнековым методом при использовании самоходных установок – до нескольких десятков метров за смену.
Роторный способ бурения
Для бурения глубоких скважин используют обычно роторный способ бурения. Это наиболее распространенный способ бурения, составляющий до 80 процентов общего объема буровых работ. При этом способе бурения скважин порода разрушается при помощи вращающегося бура. Ротор, расположенный на поверхности, с помощью колонны бурильных труб передает вращение на бур. Этот метод позволяет разрушать даже включения подземных скальных пород.
Колонковый способ бурения
Колонковый способ бурения малораспространен вследствие небольшого диаметра забойного инструмента, что ограничивает возможности оборудования скважин фильтрами нужного диаметра и соответствующим водоподъемным оборудованием. Чаще всего его применяют при бурении разведочных скважин большой глубины и бурении бесфильтровых скважин в скальных трещиноватых породах, а также артезианских скважин. Впоследствии скважины, пробуренные колонковым способом могут расширяться долотами для получения необходимого диаметра скважины. Особенность колонкового способа бурения состоит в том, что вращающийся бур в форме кольца разрушает породу только по краям забоя. Разрушенная порода вымывается нагнетаемой в колонну буровых труб с помощью насоса промывочной жидкостью. Внутренняя часть, так называемый керн, остающийся внутри труб, периодически поднимается на поверхность.
Ударно-канатный способ бурения
Метод ударно-канатного бурения скважины – это самый простой способ бурения, заключающийся в поднимании и опускании над забоем специального бурового долота, разрушающего породу. Разрушенная порода удаляется впоследствии с помощью желонки. Канатно-ударные буровые установки позволяют осуществлять буровые работы в любых породах, чаще всего каменистых. Глубина бурения ударно- канатным методом может составлять 100 и более метров.
Комбинированный способ бурения скважин
Комбинированный способ бурения скважин применяется при сложных гидрогеологических условиях. В подобных случаях ударно-канатный способ используется для бурения вечной мерзлоты и для вскрытия слабонапорных водоносных горизонтов.
методы крепления стенок скважин
Основные цели крепления скважин:
- создание долговечного, прочного и герметичного канала для транспортирования жидкости от эксплуатационных горизонтов к дневной поверхности или в противоположном направлении;
- герметичное разобщение всех проницаемых горизонтов друг от друга;
- укрепление стенок скважины, сложенных недостаточно устойчивыми породами;
- защита эксплуатационного канала от коррозии пластовыми жидкостями.
Наиболее распространенным способом крепления скважин и разобщения проницаемых горизонтов является спуск колонн, составленных из специальных труб, называемых обсадными, и цементирование пространства между колонной труб и стенками скважины. Для разобщения горизонтов с разными коэффициентами аномальности пластовых давлений, а также для предотвращения газонефтепроявлений из горизонтов с повышенными коэффициентами аномальности используют также пакеры.
Конструкция скважины состоит из ствола, пробуренного в горных породах, нескольких обсадных колонн и тампонажного камня, заполняющего целиком или частично пространство между колоннами и стенками ствола. Конструкцию скважины характеризуют число спущенных в нее обсадных колонн, их диаметры и длина, диаметры ствола под каждую колонну, местоположение интервалов цементирования.
Конструкция должна обеспечить:
а) долговечность скважины как технического сооружения;
б) надежную изоляцию всех проницаемых горизонтов и сохранность запасов полезных ископаемых;
в) минимум затрат на единицу добываемой продукции;
г) возможность бурения до проектной глубины без опасности возникновения тяжелых осложнений, освоения скважин, осуществления предусмотренных проектом разработки месторождения режимов эксплуатации данной скважины, проведения ремонтных работ в скважине при эксплуатации, проведения всех исследований, которые необходимы для контроля разработки месторождения. Если стенки скважины оставить незакрепленными, быстро возникают проблемы. Прежде всего, в мягких и рыхлых породах она забивается мелкими обломками или просто разрушается.
методы уплотнения забоя скважин
??????
Последовательность устройства буронабивных свай
Буронабивные сваи. Характерной особенностью устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданной глубины.
В пробуренную до проектной отметки (5...12 м) скважину осторожно опускают трубу диаметром 25...40 см и далее загружают бетонной смесью. После заполнения скважины на глубину около 1 м бетонную смесь трамбуют и медленно поднимают вверх обсадную трубу до тех пор, пока высота смеси в трубе не уменьшится до 0,3...0,4 м. Снова загружается бетонная смесь и процесс повторяется. Учитывая, что диаметр скважины больше диаметра обсадной трубы и поверхность пробуренного грунта оказывается неровной, шероховатой, при наполнении бетонной смесью обсадной трубы, ее подъеме и уплотнении смеси, бетон заполнит весь свободный объем, включая и зазор между стенками скважины и обсадной трубой. Часть бетона и цементного молока проникнет в грунт, повысив его прочность.
Недостатки способа — невозможность контролировать плотность и монолитность бетона по всей высоте сваи, возможность размыва несхватившейся бетонной смеси грунтовыми водами.
Армирование свай производят только в верхней части, где на глубину 1,5...2,0 м в свежеуложенный бетон устанавливают металлические стержни для их последующей связи с ростверком.
В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов:
- сухим способом (без крепления стенок скважин),
- с применением глинистого раствора (для предотвращения обрушения стенок скважины)
- с креплением скважины обсадной трубой.
Вибропогружная технология и технология полого шнека при устройстве свай
Для погружения свай в несвязные (особенно водо-насыщенные) грунты необходимо чаще всего использовать вибропогружатели.
Способ вибропогружения свай основан на том, что силы трения и сцепления в грунте под действием вибрации определенной частоты резко уменьшаются и свая, через которую вибрация передается на грунт, начинает погружаться; с увеличением массы вибрационной установки увеличивается скорость погружения сваи.
Процесс погружения свай в грунт состоит из:
1. подъема и установки сваи в проектное положение
2. собственно погружения сваи в грунт
3. перемещения сваебойной установки к месту погружения сваи в грунт
4. перемещения сваебойной установки к месту погружения следующей сваи
Сваи, устраиваемые непрерывным (проходным) полым шнеком, состоят из элементов длиной 1,5–6,0 м. Наружный диаметр шнеков 400, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200 мм, диаметр внутреннего отверстия трубы шнека 100–125 мм. Грунт извлекается на поверхность при подъеме шнека посредством винтовой лопасти, наваренной по всей длине сердечника трубы шнек. Шнек перемещается внутри направляющего очистителя, установленного на направляющей стойке, и оснащен буровыми наконечниками для рыхлых, связных и твердых грунтов.
Технологический цикл устройства свай по рассматриваемой технологии состоит из следующих операций:
1) геодезическая разметка планового положения сваи;
2) наводка установки на точку устройства сваи;
3) погружение шнековой колонны на заданную проектную отметку, при необходимости производят наращивание шнека;
4) постепенное извлечение шнека с одновременной подачей на забой бетонной смеси бетононасосом через полость шнека. Бетон закачивается под давлением примерно 2 кг/см² для выдавливания заглушки из отверстия в нижнем торце трубы. В дальнейшем давление устанавливается в пределах 1–1,5 кг/см². При бетонировании шнековая колонна должна быть постоянно заполнена бетонной смесью. При подъеме шнековой колонны ее нижний конец должен быть заглублен в бетон не менее чем на 1 м. Шнек поднимается без вращения или медленным вращением в том же направлении, что и при движении вниз;
5) зачистка экскаватором устья скважины от извлеченного грунта;
6) установка арматурного каркаса в бетонный ствол c помощью вибратора или под действием силы тяжести на крюке крана, ковше экскаватора или с использованием вспомогательной лебедки установки;
7) формирование оголовка сваи; в случае необходимости погружение дополнительного арматурного каркаса;
8) перемещение установки на следующую точку устройства сваи.