Причины усиления оснований и фундаментов
При реконструкции предприятий, связанной с их техническим перевооружением, надстройке дополнительных этажей, при капитальном ремонте зданий, прокладке подземных коммуникаций, возведении новых фундаментов около существующих сооружений, а также при развивающейся во времени недопустимой осадке,
возникает необходимость в оценке обеспечения фундаментами дальнейшей нормальной эксплуатации сооружений, а в соответствующих случаях – в усилении и переустройстве фундаментов и их оснований.
В большинстве случаев о необходимости укрепления оснований или фундаментов свидетельствуют внешние повреждения здания или сооружения, определяемые визуально.
Трещины на стенах, оконных проемах, перекосы и заклинивания дверей и окон в зданиях являются характерными признаками, свидетельствующими о том, что здание испытывает деформации и необходимо установить систематические наблюдения за ним.
Основными причинами, обусловливающими необходимость усиления оснований и переустройства фундаментов, являются:
- ослабление основания в процессе эксплуатации здания или сооружения;
- снижение прочности материала фундамента за время эксплуатации здания или сооружения;
- реконструкция здания или сооружения с существенным увеличением массы здания;
- возведение рядом с существующим зданием нового, создающего дополнительную нагрузку на основании существующего здания (сооружения).
Главной причиной деформаций зданий на просадочных грунтах является замачивание грунтов в их основаниях.
Основными источниками увлажнения являются:
- поверхностные (атмосферные) воды, водоразборные колонки и краны, оросительные каналы, ливневая канализация, фонтаны и др.;
- подземные утечки из водопровода, канализации, центрального отопления, горячего водоснабжения, грунтовые воды, подземные резервуары и др.
Кроме явных источников увлажнения, могут быть скрытые, трудно обнаруживаемые – старые линии водонесущих коммуникаций, локальные участки подземных вод и др. Поэтому при обследовании, как деформированных зданий, так и зданий, подлежащих надстройке, необходимо учитывать места расположения вводов и выпусков водонесущих коммуникаций, состояние конструкций отмосток и все расположенные вблизи источники воды.
Одним из характерных случаев развития недопустимых деформаций является строительство вновь возводимых зданий и сооружений рядом с существующими.
Причин этому несколько:
- дополнительное уплотнение грунта в основании;
- развитие отрицательного трения, действующего на сваи;
- промораживание грунта под фундаментом;
- вымывание грунта из-под фундамента;
- смещение шпунта в сторону котлована;
- выпор грунта в сторону отрываемого котлована;
- уплотнение несвязного грунта динамическими воздействиями
- Превентивное закрепление фундамента
- Защита фундамента от воды
Усиление фундаментов и грунтов основания.
- увеличение нагрузки на фундаменты;
- разрушение кладки фундамента (материалов из которых выполнен фундамент) или снижение его гидроизолирующих свойств;
- ухудшение условий устойчивости фундаментов, либо грунтов в их основании;
- увеличение деформативности грунтов;
- непрерывное развитие недопустимых перемещений конструкций.
В настоящее время существует большое количество технологий усиления фундаментов и грунтов основания, которые условно можно разделить на традиционные и современные. Выбор технологии усиления зависит от многих факторов, основными из которых являются надежность и экономическая эффективность.
В общем случае, применяют следующие основные приемы усиления оснований и фундаментов и изменения условий работы грунтов:
- увеличение ширины подошвы фундамента;
- увеличение глубины заложения подошвы фундамента;
- возвращение в проектное положение фундамента, смещенного в сторону;
- взятие кладки фундамента в обойму;
- пересадка фундамента на сваи;
- закрепление кладки фундамента;
- закрепление грунтов основания под подошвой фундамента.
Все традиционные технологии усиления оснований и фундаментов сводятся, в основном, к увеличению площади опирания существующих фундаментов и соответственно уменьшению интенсивности давления на грунты основания.
Параллельно с традиционными способами усиления разрабатывались технологические приемы, связанные с искусственным улучшением свойств грунтов в основании путем введения различных химических реагентов.
Увеличение площади подошвы фундаментов достигается преимущественно за счет создания железобетонных обойм, либо банкетов (одно- и двухсторонних). В старое время фундаменты уширялись в виде прикладок, которые выполнялись в перевязку с существующей кладкой.
Для включения в работу новых элементов фундаментов необходимо выполнить опрессовку грунта под ними.
В мировой и отечественной практике в последние 60 лет широко применяются новые технологии, основанные, в том числе и на традиционных способах усиления оснований и фундаментов.
Одним из вариантов трансформирования традиционных технологий на современном этапе является устройство железобетонной плиты, связанной с фундаментами стен в общую конструкцию. Чтобы плита надежно включилась в работу, под нее можно инъектировать цементный раствор для опрессовки верхних слоев грунта.
На современном этапе искусственное улучшение свойств грунтов основания осуществляется методом инъекции в грунт различного рода составов под давлением в предварительно пробуренные скважины. Это придает грунтам механическую прочность, водонепроницаемость или водоустойчивость.
К современным технологиям относится пересадка старых фундаментов на разного рода сваи.
Глава 4: Фундаменты, Жилищный кодекс штата Нью-Йорк, 2020 г. защищены от мороза изоляцией в соответствии с рисунком R403.3(1) и таблицей R403.3(1). Фундаменты, защищенные от промерзания в соответствии с рисунком Р403.3(1) и таблицей Р403.3(1), не должны использоваться для неотапливаемых помещений, таких как веранды, подсобные помещения, гаражи и навесы, и не должны примыкать к подвалам или подпольям. которые не поддерживаются при минимальной среднемесячной температуре 64°F (18°C).
Материалы, используемые ниже уровня земли для изоляции фундаментов от мороза, должны быть маркированы как соответствующие ASTM C578.
Для SI: 1 дюйм = 25,4 мм.
- См. таблицу R403.3(1) для требуемых размеров и R -значения для вертикальной и горизонтальной изоляции и минимальной глубины фундамента.
РАЗМЕЩЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ МОРОЗАЩИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ОТОПЛЯЕМЫХ ЗДАНИЯХ
ТАБЛИЦА R403.3(1)
МИНИМАЛЬНАЯ ГЛУБИНА ФУНДАМЕНТОВ И ТРЕБОВАНИЯ К ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ МОРОЗАЩИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ В ОТОПЛЯЕМЫХ ЗДАНИЯХ и
| ВОЗДУШНАЯ ЗАМОРОЗКА ИНДЕКС (°F-дней) б | МИНИМАЛЬНАЯ ПОДСТАВКА ГЛУБИНА, D (дюймы) | ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ИЗОЛЯЦИЯ ЗНАЧЕНИЕ R c, d | ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ ЗНАЧЕНИЕ R c, e | РАЗМЕРЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ НА РИСУНКЕ R403.3(1) (дюймы) | |||
| Вдоль стен | По углам | А | Б | С | |||
| 1500 или меньше | 12 | 4,5 | Не требуется | Не требуется | Не требуется | Не требуется | Не требуется |
| 2000 | 14 | 5,6 | Не требуется | Не требуется | Не требуется | Не требуется | Не требуется |
| 2 500 | 16 | 6,7 | 1,7 | 4,9 | 12 | 24 | 40 |
| 3000 | 16 | 7,8 | 6,5 | 8,6 | 12 | 24 | 40 |
| 3 500 | 16 | 9,0 | 8,0 | 11,2 | 24 | 60 | |
| 4000 | 16 | 10,1 | 10,5 | 13. 1 | 24 | 36 | 60 |
Для SI: 1 дюйм = 25,4 мм, °C = [(°F) — 32]/1,8.
- Требования к изоляции касаются защиты от мороза в отапливаемых зданиях. Для соответствия стандартам энергосбережения могут потребоваться более высокие значения.
- См. рисунок R403.3(2) или таблицу R403.3(2) для значений индекса замерзания воздуха.
- Изоляционные материалы должны обеспечивать указанный минимум R — значения при длительном воздействии влажных подземных условий в условиях холодного климата. Следующие значения R должны использоваться для определения толщины изоляции, необходимой для этого применения: пенополистирол типа II (EPS) — 3,2 R на дюйм для вертикальной изоляции и 2,6 R на дюйм для горизонтальной изоляции; Пенополистирол типа IX (EPS) — 3,4 Р на дюйм для вертикальной изоляции и 2,8 Р на дюйм для горизонтальной изоляции; Экструдированный полистирол (XPS) типов IV, V, VI, VII и X — 4,5 R на дюйм для вертикальной изоляции и 4,0 R на дюйм для горизонтальной изоляции.
- Вертикальная изоляция должна быть из пенополистирола или из экструдированного полистирола.
- Горизонтальная изоляция должна быть из пенополистирола или из экструдированного полистирола.
Для СИ: °C = [(°F) -32]/1,8.
Примечание: Индекс замерзания воздуха определяется как совокупное количество градусо-дней ниже 32°F. Он используется в качестве меры совокупной величины и продолжительности температуры воздуха ниже точки замерзания. Индекс был рассчитан за 12-месячный период (июль-июнь) для каждой из 3044 станций, использованных в приведенном выше анализе. Даты с 1951-80 периодов были приспособлены к распределению вероятностей Вейбулла для получения оценки 100-летнего периода повторяемости.
РИСУНОК R403.3(2) ИНДЕКС ЗАМОРАЖИВАНИЯ НА ВОЗДУХЕ
Cortland, Dutchess, Genessee,
Kings, Livingston, Monroe, Nassau, New York, Niagara,
Onondaga, Ontario, Orange, Orleans, Putnam,
Queens, Richmond, Rockland, Seneca,
Саффолк, Уэйн, Вестчестер, Йейтс
Для SI: 1 дюйм = 25,4 мм.
- См. таблицу R403.3(1) для требуемых размеров и R -значения для вертикальной и горизонтальной изоляции.
РИСУНОК R403.3(4)
РАЗМЕЩЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ МОРОЗОЗАЩИТНЫХ ФУНДАМЕНТОВ, РЯДОМ С ОБОГРЕВАЕМЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ
Конструкция блочного фундамента — Structville
Содержание
Блоковый фундамент представляет собой изолированные плиты прямоугольной, квадратной или круглой формы, устанавливаемые под железобетонные колонны или их обрубки для безопасной передачи нагрузки от колонн на землю. Это тип мелкозаглубленного фундамента, который широко используется во всем мире, особенно в районах, где грунт обладает хорошей несущей способностью. Их также называют изолированными основаниями или фундаментами. Проектирование фундаментных подушек включает в себя определение размеров фундаментной плиты в соответствии с геотехническими требованиями и обеспечение достаточной толщины и армирования для удовлетворения конструктивных требований.
Размеры блочного фундамента не должны быть слишком маленькими, чтобы не вызвать чрезмерную осадку или снижение несущей способности грунта. На самом деле допустимая несущая способность обычно используется для контроля осадки при проектировании кустового фундамента, поэтому она рассматривается как параметр предельного состояния эксплуатационной пригодности. Ширина блочного фундамента предполагается не менее 1000 мм, а толщина не менее 150 мм.
Геотехнический проект подушки фундаментаГеотехнический расчет блочного фундамента может выполняться в соответствии с требованиями EN 1997-1:2004 (Еврокод 7). Еврокод 7 дает три подхода к геотехническому проектированию фундаментов, и они заключаются в следующем:
Подход к проектированию 1 (DA1) : В этом подходе к воздействиям и параметрам прочности грунта применяются частные коэффициенты.
Подход к проектированию 2 (DA2) : В этом подходе частные коэффициенты применяются к воздействиям или к последствиям воздействий и к сопротивлениям заземления.
Подход к проектированию 3 (DA3) : В этом подходе частные коэффициенты применяются к воздействиям или к эффектам воздействий от конструкции и к параметрам прочности грунта.
При проектировании эти три подхода могут дать очень разные результаты. Однако национальное приложение Великобритании к Еврокоду 7 допускает только подход к проектированию 1 (DA1). При расчете подушки фундамента с использованием Подхода к проектированию 1 для конструкции должны быть выполнены три предельных состояния с соответствующей комбинацией нагрузок. Эти предельные состояния;
EQU : потеря равновесия конструкции
STR : внутреннее разрушение или чрезмерная деформация самой конструкции
GEO : разрушение из-за чрезмерной деформации грунта, поддерживающего конструкцию Подъем фундамента из-за давления воды
HYD : Разрушение из-за гидравлического уклона
При расчете блочного фундамента с использованием DA1 существует два набора комбинаций предельных состояний для предельных состояний STR и GEO.
Комбинация 1 обычно используется для проектирования конструкции фундамента, а комбинация 2 обычно используется для определения размеров фундамента. Частные коэффициенты для предельных состояний приведены в таблице ниже;
Частные коэффициенты для EQU, UPL и HYD приведены в таблице ниже. Их также можно использовать для проверки подъема всех типов заглубленных конструкций.
Частные коэффициенты свойств почвы приведены в таблице ниже;
Следует отметить, что кулисные фундаменты относятся к конструкциям категории 2, что означает, что они являются обычными конструкциями, заложенными на несложных основаниях. Они не представляют исключительного геотехнического риска. В результате могут использоваться стандартные процедуры полевых и лабораторных испытаний для проектирования и исполнения. Геотехническое проектирование площадочного фундамента может быть выполнено инженерами-геотехниками или инженерами-строителями. Однако инженерно-геологический расчет сооружений категории 3 с аномальной опасностью может выполняться только инженерами-геотехниками.
Проектирование блочного фундамента может быть выполнено любым из следующих методов;
(a) Аналитический (прямой) метод
(b) Полуэмпирический (косвенный) метод
(c) Предписывающий метод с использованием предполагаемой несущей способности (BS 8004)
При использовании аналитического (прямого) метода все предельные состояния должны быть проверено. Предельная несущая способность q ult блочного фундамента должна быть проверена с использованием приведенного ниже выражения;
q ульта = c’N c s c d c i c g c b c + q’N q s q d q i q g q b q + γ’BN γ s γ d γ i γ g γ b γ /2
где;
c = сцепление
q = вскрышная порода
γ = масса тела
N i = коэффициенты несущей способности
s i = коэффициенты формы
d i = коэффициенты глубины
i i = коэффициенты уклона
g i = коэффициенты уклона грунта
b i = коэффициенты уклона основания
Рассчитайте несущую способность фундамента 1 м x 1 м, заложенного на 0,9 м ниже слоя латеритного грунта.
Характеристический угол сопротивления сдвигу φ k грунта составляет 21°, а эффективное сцепление c’ составляет 10 кН/м 2 . Уровень грунтовых вод находится на 8 м ниже поверхности земли, а удельный вес почвы составляет 18 кН/м 3 .
Раствор
Поскольку основание опирается на связный фрикционный грунт, важным свойством материала является угол сопротивления сдвигу φ и эффективное сцепление c’ .
Расчетные значения угла сопротивления сдвигу
Характеристическое значение φ k = 21°. Обратите внимание, что коэффициент безопасности γ φ применяется к тангенсу φ k , но не к φ k .
Комбинация 1 : γ φ = 1,0, TAN φ D = TAN φ K /γ φ = TAN 21 ° = 0,383, φ D = 21 °
9 1111111111111111111111111111111911111111111111111 собой сочетание 2 11111111111111111111111111111111111011111111111111111111t φ = 1,25, TAN φ D = TAN φ K /γ φ = TAN 21 /1,25 = 0,307, φ D = 17 °
сплоченность C ‘= 10 кН/м 2
Комбинация 1 : γ C’ = 1,0, C ‘ D = C’/γ C ‘ = 10 кН/M 2
.
Комбинация 2 : γ c’ = 1,25, c’ d = c’/γ c’ = 10/1,25 = 8 кН/м 2
Шаг 5: 9005 коэффициенты несущей способности . Используйте уравнения в разделе D.4 Приложения D Еврокода 7.
i. Коэффициент вскрыши N q
N q = e (π × tanφ d ) × tan 2 (45 + φ d /2)
Combination 1: φ d = 21°, N q = 7,07
Комбинация 2: φ d = 17°, N q = 4,77
ii. Коэффициент сплоченности, N C
N C = (N Q — 1) COT φ D
Комбинация 1: φ D = 21 °, N C = = = = = = = = = = .0010 Комбинация 2: φ d = 17°, N c = 12,28
iii. Body weight factor N γ
N γ = 2(N q − 1) tanφ d
Combination 1: φ d = 21°, N γ = 4.
66
Combination 2 : φ d = 17°, N γ = 2,305
Шаг 3: Рассчитайте расчетные коэффициенты формы. Используйте уравнения в приложении D Еврокода 7.
Квадратное основание
i. S Q = 1 + SIN φ D
Комбинация 1: φ D = 21 °, S Q = 1,358
Комбинация 2: φ D = 17443 = 17443 = 174343 = 174343 = 174343 = 174343 = 17443 = 174343 = 1743 = 174343 = 17443 = 17443 = 17443 = 17443 = 17443 = 17443 = 17443 = 17443 = 17443 = 1743 = 1743. = 1,292
ii. s c = (s q N q − 1)/(N q − 1)
Combination 1: N q = 7.07, s q = 1.358, s c = 1,419
Комбинация 2: N q = 4,77, с q = 1,292, с c = 1,369
iii. s γ = 0,7 (для квадратной формы)
Этап 4: Рассчитайте пластовое давление, q .
Удельный вес грунта составляет 18 кН/м 3 и коэффициент запаса прочности γ γ = 1
q = 18 × глубина фундамента = γ γ × 18 × 0,9 = 16,2 кН/м
Шаг 5: Расчет допустимого q ult :
q ult = c’N c s c d c i c g c b c + q’N q s q d q i q g q b q + γ’BN γ s γ d γ i γ g γ b γ /2
For this calculation, all inclination factors have been ignored.
q ult = c’N c s c + q’N q s q + 0,5γ’BN γ S γ
Комбинация 1: Q ULT = (10 × 15,84 × 1,419) + (16,2 × 7,07 × 1,358) + (0,5 × 18.0 × 4,66 × 0,07) = (0,5 × 18,0 × 4,66 × 0,07).
м 2
Комбинация 2: q ult = (8 х 12,28 х 1,369) + (16,2 х 4,77 х 1,292) + (0,5 х 18,0 х 2,305 х 1,0 х 0,9 м) = 20 00 кН
Для определения размеров фундамента следует использовать допустимую несущую способность Комбинация 2 (другие коэффициенты запаса не применяются).
Для полуэмпирического (косвенного) метода следует использовать общепризнанный полуэмпирический метод, такой как оценка несущей способности с использованием прессометрии. Обычно используется опыт и испытания для определения параметров SLS, которые также удовлетворяют требованиям ULS. Пример можно найти в Приложении E стандарта EN 1997-1:2004.
При использовании предписывающего метода следует использовать предполагаемую несущую способность из BS 8004. При применении такого метода результат проектирования следует оценивать на основе сопоставимого опыта.
Пример расчета конструкции блочного фундамента
При расчете конструкции башмака можно предположить, что реакция под основанием колонны, нагруженной в осевом направлении, распределяется равномерно, если нагрузка является концентрической без какого-либо изгибающего момента.
В противном случае можно предположить, что распределение давления изменяется линейно по основанию, как показано ниже.
(a) Расчетное предельное давление на смятие
Для концентрически нагруженного блочного фундамента расчетное давление грунта определяется по формуле;
q = P/A prov
Где;
P = расчетная осевая сила колонны = 1,35G k + 1,5Q k (кН)
A prov = площадь основания, предусмотренная для фундамента (м 2 )
(b) (b) Изгиб
Критическая секция для изгиба находится на поверхности колонны на блочном фундаменте или стены на ленточном фундаменте. Момент берется на участке, полностью проходящем через блочный фундамент, и обусловлен предельными нагрузками с одной стороны сечения. Не допускается перераспределение моментов.
(c) Сдвиг балки
Сила вертикального сдвига представляет собой сумму нагрузок, действующих вне рассматриваемого сечения.
Напряжение сдвига проверяют на расстоянии d от лица колонны. Обычной практикой является достаточное углубление основания, чтобы не требовалось поперечное армирование. Глубина основания часто контролируется конструкцией на сдвиг.
(d) Сдвиг при продавливании
Правила проверки сопротивления сдвигу при продавливании приведены в разделе 6.4 EN 1992-1-1:2004. Усилие сдвига при продавливании представляет собой сумму нагрузок за пределами периферии критического сечения. Необходимо провести две проверки на продавливание – по периметру колонны и на расстоянии d – 2d от лица колонны.
Рассчитайте квадратный блочный фундамент для колонны 250 × 250 мм, несущей характеристическую постоянную нагрузку G k 800 кН и характеристическую переменную нагрузку Q k 425 кН. Предполагаемое допустимое опорное давление неагрессивного грунта 225 кН/м 2 .
f ck = 30 Н/мм 2 ; f yk = 500 Н/мм 2 ; Бетонное покрытие = 50 мм
Блок-фундамент является конструкцией категории 2, и этот расчет должен выполняться с использованием предписывающих методов:
Пусть 10% эксплуатационной нагрузки приходится на собственный вес блок-блока.
Площадь основания A = 1,1(800 + 425)/225 = 5,99 м 2
Минимальные размеры фундамента = √5,99 = 2,447 м при условии А prov = 6,25 м 2 )
Нагрузка в предельном состоянии N Ed = (1,35 x 800) + (1,5 x 425) = 1717,5 кН = 1717,5/6,25 = 274,8 кН/м 2
Критический момент дизайна на поверхности колонны
M ED = (274,8 x 1,125 2 )/2 = 173,89 кН/м
. d = 600 – 50 – 16 = 534 мм
k = M Ed /(bd 2 F CK ) = (173,89 x 10 6 )/(100 x 534 2 x 30) = 0,0203
⇒ z = 0,95d = 0,95 x 534 = 507,3 мм
⇒ A S = M = 507,3 мм
⇒ A S = M).