книги / Расчет осадок ленточных свайных фундаментов

«

Рис. 36. Результаты исследования действительной осадки свайного фун­ дамента (при однорядном расположении свай) дома серии 1-464А по ул.

Студенческой, 5

Последнее слагаемое определяется по формуле Симпсона. Тогда формула (69) примет вид:

St = p0 (1 — ect) [1

свайных фундаментов во времени при плавном возрастании на­ грузки (рис. 36). На графике осадки марок в зависимости от времени нанесены максимальная, минимальная и средняя осад­ ки здания по результатам многолетних наблюдений. Пунктирной линией показана расчетная осадка во времени.

Изложенные методы применимы для расчета осадок во вре­ мени при опирании свай на глинистые грунты тугопластичной, полутвердой консистенции, песчаные грунты, гравийные с песча­ ным и глинистым заполнителями, аргиллиты, алевролиты.

Для расчета осадок свайных фундаментов во времени при их работе в водонасыщенных глинистых грунтах мягкопластичной и текучепластичной консистенции решены одномерная и плоская задачи [15] теории фильтрационной консолидации с учетом глубины приложения нагрузки, параметров фундаментов, ко­ эффициента бокового расширения грунта, сжимаемости поровой жидкости и структурной прочности грунта.

Г л а в а V

НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫМИ ОСАДКАМИ ЗДАНИЙ, ВОЗВЕДЕННЫХ НА ЛЕНТОЧНЫХ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТАХ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Прочность, устойчивость и удобство эксплуатации зданий на­ ходятся в прямой зависимости от осадки фундаментов и раз­ ности осадок отдельных точек фундаментов, т. е. осадка и раз­ ность осадок являются определяющими при проектировании со­ оружения. Однако имеющиеся формулы для прогноза осадок одиночных свай и свайных фундаментов, выведенные на основе теоретических соображений и предпосылок с использованием не­ которых физико-механических свойств грунтов и данных экспе­ риментов, нуждаются в уточнении и подтверждении результата­ ми наблюдений за действительными осадками зданий.

Установить точность теоретических методов расчета осадок

или возможность использования для определения осадок свай­ ных фундаментов результатов испытания статической нагрузкой одиночных свай можно лишь на основании изучения фактиче­ ских осадок зданий с начала строительства до их стабилизации и сопоставления их с расчетными данными и результатами поле­ вых и лабораторных исследований.

Наблюдения за осадками зданий как с научно-исследователь­ ской, так и с производственной целью в нашей стране стали проводить с 1929 г. под руководством проф. Г. Э. Проктора. Примерно, в это же время начали вести наблюдения за осадка­ ми зданий [80, 82, 83] в Европе и Америке.

Наблюдения за осадками зданий помогают решать ряд важ­ ных задач в области строительства, следует только при этом увязать вопрос необходимой точности наблюдений с методикой производства работ. Методика наблюдения за осадками зданий и сооружений получила развитие во многих трудах П. И. Брай­ та [22, 23] и других советских ученых [24 и др.].

В результате наблюдений получают величину и выявляют характер осадки фундаментов во времени. По этим данным можно построить графики осадок во времени, эпюры развертки осадок фундаментов по циклам наблюдений и планы с изобра­ жением линий равных осадок за тот или иной период.

Наблюдения за осадками зданий с целью корректирования формул прогнозов осадок относятся к числу высокоточных дол­ говременных работ. В этом случае нужно иметь надежные дан­ ные физико-механических свойств грунтов активной зоны, ка­ лендарный план строительства, подробные данные о ходе строи­ тельства, действительные нагрузки и возрастание этих нагрузок в период строительства, данные о возможных изменениях грун­ товых условий в результате строительства и при благоустройст­ ве. Накопление фактического материала по осадкам различных зданий, его анализ, тесно увязанный с реальными геологически­ ми условиями, фундаментами, нагрузками и предварительными расчетами, позволяет проверить теоретические методы и в не­ обходимых случаях их уточнить. Данные о действительных осад­ ках фундаментов на естественном основании из кустов свай до­ вольно широко освещены в печати [21, 39, 40, 41, 48 и др.]. Что же касается ленточных свайных фундаментов, то их действи­ тельная осадка изучена еще недостаточно.

С целью изучения действительной осадки свайных фундамен­ тов с одно-, двух- и трехрядным расположением сваи и их срав­ нения с расчетными осадками, определенными по разработан­ ным автором методам, были детально изучены инженерно-гео­ логические условия различных площадок, организованы и про­ ведены высокоточные геодезические наблюдения за осадками зданий и сооружений. Наблюдения за осадками зданий на свай­ ных фундаментах с однорядным расположением свай проводи­ лись в 1961—1970 гг., а за зданиями и сооружениями на свайных

фундаментах с расположением свай в два и три ряда — в 1964— 1970 гг.

В данной главе рассматриваются основные результаты про­ веденных исследований.

2. МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИИ ЗА ОСАДКАМИ ЗДАНИИ

Наиболее распространенным методом наблюдений за осадка­ ми зданий является метод геометрического нивелирования пре­ цизионным нивелиром с инварной рейкой. При соответствующей методике и применении современных нивелиров он дает высокую точность, не зависит от условий сезона, рельефа местности, не требует сложного оборудования и времени для обработки поле­ вых наблюдений.

Наблюдения за осадками и деформациями зданий относятся к числу точных геодезических работ, поэтому при работе требу­ ется инструмент, который может улавливать десятые доли миллиметра. Таким инструментом является прецизионный ниве­ лир НА- 1 с инварной рейкой.

Точность работ с нивелиром НА- 1 зависит от правильности выполнения поверок нивелира и рейки, установки нивелира и рейки в момент наблюдений, действия рефракции и конвекцион­ ных токов; случайных ошибок.

Чтобы уменьшить влияние ошибок при нивелировании, со­ блюдались следующие условия:

1) работа проводилась нивелиром НА- 1 с одной инварной рейкой;

2 ) перед началом каждого цикла наблюдений выполнялась поверка нивелира и инварной рейки согласно инструкции по ни­ велированию [45] ; при поверках нивелира особое внимание уде­ лялось параллельности визирной оси и оси уровня (поверка по­ стоянства угла г) ;

3) нивелирование осуществлялось короткими лучами всегда в одном и том же направлении по составленной схеме, при этом соблюдалось по возможности постоянство установок инструмен­ та в каждом цикле наблюдений;

7) для контроля правильности совмещений перед отсчетом на второй шкале пузырек уровня элевационным винтом смещали

редь от геодезической основы: правильного определения высот­ ного положения реперов и их неизменного положения в течение длительного времени. В качестве высотной основы на строитель-

Допускаемая невязка равномерно распределялась по всем превышениям. Окончательные превышения заносили в ведомость наблюдений. Отметки марок вычислялись с точностью до 0,1 мм. По вычисленным отметкам определялась величина осадки марок с целью получения данных о действительной осадке ленточных свайных фундаментов. Наблюдения велись в районах массовой застройки Перми: на Городских Горках, в Балатово, по ул. Ле­ нина и в других районах.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ОСАДКАМИ ЗДАНИЙ

Для сравнения результатов измерений осадок наблюдаемых зданий необходимо установить единую классификацию. Дефор­ мации оснований характеризуются:

1 ) абсолютной осадкой;

2 ) средней осадкой зданий;

3)разностью осадок;

4)относительным прогибом (перегибом)

здания в отдельности и составлены карточки результатов иссле­ дований. На этих карточках приводятся краткая конструктивная характеристика здания, таблица физико-механических свойств грунта, вертикальный разрез основания с указанием основных грунтовых слоев. На плане фундаментов здания указаны места расположения осадочных марок, основные габаритные размеры здания. По осям построены эпюры-развертки осадок фундамен­ тов за период строительства и за весь период наблюдений. На карточках представлены графики средней скорости роста на­ грузки, минимальной, средней и максимальной осадок во вре­ мени. Ниже приводятся результаты исследований осадок свай­ ных фундаментов при расположении свай в один, два и три ря­ да, которые сгруппированы в зависимости от типа свайного фун­ дамента и грунтовых условий площадок.

Здания, возведенные на свайных фундаментах при расположении свай в один ряд

А. Район Городских Горок, квартал № 1004. На основании изучения материалов геологических изысканий, проведенных этом районе институтом Горпроект, данных бурения геологораз­ ведочного треста и дополнительных исследований, выполненных

Пермским политехническим институтом, было установлено сле­ дующее геологическое строение участка:

1 ) суглинок светло-коричневый, бурый, общая толщина слоя до 11,5—12,3 м;

2 ) галечник кварцево-яшмового состава с примесью песка 2—2,5 м;

3) песчаник темно-серый, плотный ожелезненный; грунтовые воды находятся в песчанике на глубине 15—18 м.

Наиболее подробно изучен слой суглинков. Данные лабора­ торных исследований свойств грунтов дают следующие величи­ ны: объемный вес 1,6—1,85 т/м3; природная влажность 18— 24,3%; влажность на границе раскатывания 19—21%, на грани­ це текучести 29—35%; объемный вес скелета 1,3—1,56 т/м3; по­ ристость 42—50%; коэффициент пористости 0,71—1; степень влажности 0,5—0,8; угол внутреннего трения 16—17°; сила сцеп­ ления 0,18—0,24 кгс/см2; модуль деформации на глубине 6 м — 130—160 кгс/см2; коэффициент фильтрации 2,3-10-6—1.75Х XI О- 7 см/сек; структурная прочность сжатия 0,14—0,17 кгс/см2. Грунты находятся в тугопластичном и мягкопластичном состоя­ нии. На отдельных участках (площадка дома № 5) грунты просадочные до глубины 3 м. Относительная просадочность 0,02— 0,04. Данные физико-механических свойств грунтов, залегающих под нижними концами свай, приведены на карточках исследова­ ний и при описании .результатов наблюдений за осадками зда­ ний. В данном районе наблюдения велись за тремя зданиями.

1 . Крупнопанельный четырехсекционный 5-этажный жилой дом серии I-464A по ул. Студенческой, 5.

Расположение свай под поперечные и продольные стены в один ряд. Под поперечными несущими стенами расположено по девять свай с шагом 0,9—2,2 м, а под продольными стенами — с шагом 2,6—3,2 м. Сваи сечением 30X30 см, длиной 6 м объе­ динены монолитным ростверком 40X40 см. Проектная нагрузка на одну сваю 20 тс. Отметка планировки— 1,5 м, отметка верха ростверка — 2,04 м, низа — 2,44 м. План свайного фундамента и вертикальный разрез основания приведены на рис. 36.

В активной зоне под нижними концами свай залегает сугли­ нок, имеющий следующие основные характеристики: объемный вес 1,79 т/м3; природная влажность 22,6%; показатель консис­ тенции 0,32; коэффициент пористости 0,80; угол внутреннего тре­ ния 17°; сила сцепления 0,21 кгс/см2; средневзвешенное значение модуля деформации 145 кгс/см2; коэффициент фильтрации 2,15- Ю-®см/сек.

Статические испытания сваи сечением 30X30 см, длиной 6 м (глубина погружения 5,6 м) показали, что несущая способность этих свай равна 28 тс, т. е. сваи фундамента не догружены.

Строительство дома начато в ноябре 1961 г. В эксплуатацию дом сдан в июне 1962 г. Для наблюдений на уровне цокольных панелей было заложено 10 настенных марок. За время строи­

тельства проведено 5 циклов наблюдений и 13 циклов после сда­ чи дома в эксплуатацию. Средняя осадка за период строительст­

прогиб (перегиб) составляет от—0,00006 до +0,00003, что на­ много меньше предельно допустимого. Длительные наблюдения за осадками показали, что после сдачи здания в эксплуатацию

дольные стены — 1в один ряд с шагом 0,9—3,2 м. Под поперечны­ ми несущими стенами расположено по девять овай с шагом 0,9— 2 , 2 м, а под продольными стенами с шагом 2,6—3,2 м . Сваи се­ чением 30X30 см, длиной 6 м. Сваи под всеми стенами объеди­ нены монолитным ростверком 40X40 см. 'План свайного фунда­ мента и вертикальный разрез основания приведены на рис. 38. Отметка планировки —1,0. Отметка верха свай —2,04 м. Сван забиты в мае 1962 г. Отказ свай по проекту 7,4 мм, фактический 6,5 мм. Проектная нагрузка на одну сваю была принята инсти­ тутом Пермгорпроект 20 тс. Под нижними концами свай залега­

структурная прочность сжатия 0Д5 кгс/см2; модуль деформации 133 кгс/см2.

Монтаж дома начат в августе 1962 г., а в эксплуатацию дом сдан в январе 1963 г. Для наблюдений заложено 14 марок, из них десять по периметру здания и четыре на внутренних попе­ речных стенах. За время строительства проведено четыре цикла наблюдений и восемь циклов после сдачи дома в эксплуатацию.

Средняя осадка за период строительства 4 м м , а за весь период наблюдений 16 м м . Осадка дома была в основном равномерной. Максимальный относительный перегиб составил всего 0,00004, что намного меньше предельно допустимого для данного здания и грунтовых условий (0,0007). Графики максимальной, мини­ мальной и средней осадки марок за весь период наблюдении приведены на рис. 38. Наблюдения показали, что при одинако­ вых нагрузках на сваи осадка внутренних поперечных стен не­ много больше наружных. Это объясняется тем, что сваи под

внутренними стенами находятся ближе одна к другой, чем под наружными, и оказывают большее взаимное влияние.

3. Крупнопанельный 5-этажный жилой дом серии I-464A по ул. Макаренко, 14.

Рис. 38. Результаты исследования действительной осадки S-этажного круп­ нопанельного дома серии I-464A по ул. Макаренко, 10 (обозначения см.

в подписи под рис. 36)

Расположение свай под поперечные и продольные стены — в один ряд. План овайного фундамента аналогичен плану фунда­ мента дома № 10 по ул. Макаренко (см. рис. 38). Сваи сечением 30X30 см, длиной 6 м. Проектная нагрузка на сваю 20 тс. Под нижними концами свай залегают суглинки мягкопла­

стичные со следующими физико-механическими характеристика­ ми: объемный вес 1,96 т/м3-, природная влажность 24,6%; пока­ затель консистенции 0,72; коэффициент пористости 0,71; коэффи­ циент фильтрации 1,75* 10~7 м/сек-, угол внутреннего трения 17°; удельные силы сцепления 0,18 кгс/см2; структурная прочность сжатия 0,14 кгс/см2-, модуль деформации 150 кгс/см2. Монтаж панелей цокольного этажа начат в январе 1963 г. Монтаж дома закончен в марте. В апреле и мае велись отделочные работы. В эксплуатацию дом сдан в июле 1963 г. Для наблюдений заложе­ но 14 марок на уровне цокольных панелей, из них десять по периметру здания и четыре на внутренней продольной стене. За 1963 г. проведено шесть циклов наблюдений, из них четыре за период строительства и два после сдачи дома в эксплуатацию. В дальнейшем наблюдения проводились 1—2 раза в год. Сред­ няя осадка за период строительства равна 9 мм, а за весь пери­ од наблюдений— 18 мм. Осадка дома (происходила, по сущест­ ву, равномерно. Максимальная неравномерность осадок наблю­ далась в период строительства и составила 5 мм. Максимальный относительный прогиб за время наблюдений составил 0,000065.

39%; коэффициент пористо­ сти 0,64. Ниже залегают суглинки мягкопластичные с объемным весом 1,85—1,95 т/м3, пористость 42%; коэффициент пористости 0,72; влажность 18—>22%, влажность на границе раскатывания 19—22%, на границе текучести 28—34%; угол внутреннего тре­ ния 19—22°; сила сцепления 0,24—0,28 кгс/см2. На глубине 8— 9 м повсеместно залегает песок с включением гравия, объемный вес песка 2 т/м3, влажность 23%; коэффициент пористости 0,73. Модуль деформации в плоскости острия свай на глубине Э л - 180 кгс/см2.