13.5.2. Глубокие опоры

(набивные столбы)

К фундаментам глубокого заложения относятся набив­ные столбы, выполняемые аналргично буронабивным сваям или методом «стенам грунте». Эти фундаменты обязательно Доводят до плотных грунтов, так что они работают как стойки.

Набивные столбы изготовляют диаметром более 80 см либо с извлекаемой оболочкой, либо без оболочки. Иногда их де­лают с уширенной пятой (аналогично сваям, изготовляемым в грунте). Столбы, как правило, армируют только в верхней части.

Некоторыми особенностями обладают набивные столбы, вы­полняемые методом «стена в грунте» (см. п. 13.2.5). Для их

331

Рис. 13.16. Глубокие опоры (в плане), выполненные методом «стена в грунте»

изготовления в грунте устраивают под защитой глинистого рас­твора несколько прорезей, образующих в, плане крест (рис. 13.16,а),двутавр (рис. 13.16,б),трилистник (рис. 13.16,в), звезду (рис. 13.16,2), замкнутый прямоугольник (рис. 13.16,5) и т. д. Затем эти прорези с помощью бетонолитной верти­кально перемещающейся трубы заполняют бетонной смесью. Такие опоры могут выдержать сжимающую нагрузку в тысячи килоньютонов. Они хорошо воспринимают также изгибающие моменты и горизонтальные нагрузки.

Для лучшей сопротивляемости изгибу верхние участки глу­боких опор армируют каркасами, которые выпускают для со­единения с подземными конструкциями. Несущую способность глубоких опор оценивают как несущую способность свай, изго­товленных соответствующим методом.

13.5.3. Особенности работы

и расчет оснований фундаментов глубокого заложения

Фундаменты глубокого заложения обычно проектируют под тяжелые сооружения, так как для обеспечения нормаль­ной эксплуатации последних в качестве их основания прихо­дится выбирать плотные малосжимаемые грунты. Применение свай в этих случаях не всегда рационально, поскольку боль­шая нагрузка требует забивки слишком большого числа свай. Кроме того, погружение длинных свай сложно и связано с не­обходимостью стыковки отдельных их звеньев. От фундамен­тов, возводимых в открытых котлованах, фундаменты глубо­кого заложения отличаются следующими основными особен­ностями:

сооружаются без вскрытия основания котлованами, при от­рывке которых грунты ниже их дна разуплотняются с частич­ным нарушением природной структуры;

обеспечивают работу грунтов в основании под нагрузкой без развития выпора их вверх;

хорошо сопротивляются действию горизонтальной нагрузки;

832

Рис. 13.17. Зависимость осадки фундамен- О

та глубокого заложения / и сваи 2 от нагрузки

передают вертикальную нагруз­ку на грунты основания через по­дошву (давлением) и боковые по­верхности (трением).

При устройстве фундаментов методами опускного колодца, «сте­на в грунте» и с помощью кессона

грунты основания в пределах небольшого объема частично раз­гружаются и потому несколько разуплотняются. Развитие про­цессов разуплотнения возможно также в массиве грунта по сто­ронам от фундамента глубокого заложения, если он отделен от грунта щелью, свободной или заполненной раствором бен­тонитовой глины.

Рассмотрим зависимость осадки фундамента глубокого за­ложения от нагрузки (кривая 1 на рис. 13.17). Эта зависи­мость имеет явно выраженный криволинейный характер. Для сравнения кривая 2 показывает развитие осадки забивной сваи. Как видно, сначала осадка сваи развивается в соответствии с криволинейной зависимостью s от F, затем происходит потеря устойчивости грунтов под сваей. Под фундаментами глубокого заложения при предельно допустимых осадках такое явление не возникает.

В. Г. Березанцев * считает, что в качестве «критического» можно принимать такое давление, при котором осадка фунда­мента глубокого заложения составляет 0,2 его ширины. Столь значительная осадка в подавляющем большинстве случаев не­допустима, поэтому для фундаментов глубокого заложения не­обходимо, кроме проверки на прочность материала, произво­дить расчеты по деформациям с учетом нелинейной зависи­мости между напряжениями и деформациями.

Нелинейность зависимости s от f обусловлена, по-види­мому, увеличением объема грунта, подвергающегося уплотне­нию и пластическим деформациям.

При загрузке фундамента глубокого заложения возникаю» щие зоны сдвигов 3 (рис. 13.18) будут передавать значитель­ное давление на грунт, расположенный по сторонам от зоны наибольших напряжений в основании**, создавая в областях

*Основания и фундаменты/Н. А. Цытович, В. Г, Березаицев, Б. И. Дал-матов, М. Ю. Абелев. М.: Высш. школа, 1970.

** Далматов Б. И. Определение допускаемого давления на грунт по условию критического напряженного состояния//Науч, тр./ЛИСИ, 1961, Вып. 11.

333

Рис. 13.18. Схема расположения зон уплот-нения при значительном развитии зон сдви­гов в основании фундамента глубокого за­ложения

4напряженное состояние, способ­ное вызывать уплотнение грунтов. Следовательно, возрастание нагруз­ки сопровождается увеличением как глубины зоны уплотнения 1 под фундаментом, так и зон уплотне­ния 4 по сторонам от зон сдвигов 3. То и другое приводит к увели­чению интенсивности возрастания

осадки по сравнению с интенсивностью возрастания нагрузки. Поскольку зоны сдвигов передают напряжения не только в стороны, но и вниз, в т. ч. наклонно вниз, процесс уплотнения развивается и в зонах 5. В зонах постепенно образующегося уплотненного ядра 2 и сдвигов 5 вследствие увеличения нор­мальных напряжений также развиваются деформации уплот­нения.

Осадку фундаментов глубокого заложения можно опреде­лить методами нелинейной механики грунтов или по данным статических испытаний.

13.5.4. Действие горизонтальной нагрузки

и момента

При действии горизонтальных сил и момента жесткий фундамент глубокого заложения будет поворачиваться относи­тельно некоторой точки D (рис. 13,19). Повороту будет препят­ствовать сопротивление грунта не только по подошве фундамен­та, но и по его боковым поверхностям. Приведем вертикальные силы, действующие на фундамент, к центрально действующей нагрузке в плоскости подошвы Y,F_V ~ Г> ^а горизонтальные силы и момент — к суммарной горизонтальной силе Y, Fл ^с плечом А, относительно "горизонтальной оси, проходящей через центр тя­жести подошвы фундамента. Здесь Т — сумма сил трения по боковым поверхностям фундамента (на рис. 13.19 не пока­зана).

Поворот фундамента зависит от положения центра враще­ния (точки D). Когда суммарная горизонтальная сила YjF_h действует относительно высоко, центр вращения находится в пределах нижней части фундамента (рис. 13.19,а). При дей­ствии силы 2 F_h в пределах нижней части фундамента центр вращения опускается ниже его подошвы (рис. 13.19,6). Нако­нец, когда сила 2 F_h приложена ниже подошвы фундамента,

334

Рис. 13.19. Схемы к расчету фундамента глубокого заложения на действие горизонтальной нагрузки при различном положении точки D

центр вращения оказывается выше его обреза. Такой случай встречается редко и здесь не рассматривается.

Расположение точки D на оси фундамента возможно только в том случае, если горизонтальные силы прикладываются после развития вертикальных деформаций под действием сил 2^"о~ ~Т.

Сумму сил трения Т обычно находят по выражению

T = fu(d-2,5),

где f — средняя удельная сила трения по боковой поверхности фундамента, кН/м²; и — периметр горизонтального сечения фундамента, м; d— глубина заложения подошвы фундамента, м.

Из глубины заложения подошвы фундамента вычитают 2,5 м, так как принимается, что в пределах верхних 5 м силы трения по боковой поверхности фундамента нарастают от 0 до значения f, действующего по всей остальной части высоты фун­дамента.

В результате поворота фундамента относительно точки D по его боковым граням возникает реактивное давление, эпюры ко­торого показаны на рис. 13.19. При этом податливость грунта в вертикальном направлении обычно оценивают коэффициент том постели С_г (см. формулу (10.22)), а в горизонтальном на* правлении —коэффициентом постели С_у линейно возрастаю* щим с глубиной. В таком случае

Су = ту, (13.8)

335

где m — коэффициент постели в горизонтальном направлении на глубине, равной 1 м.

Коэффициент деформации системы фундамент — грунт, ха­рактеризующий соотношение жесткостей грунтового основания и фундамента, выражается формулой

5

а =- л/mtaEl), (13.9)

где I — размер фундамента, перпендикулярный плоскости действия момента; £7 — изгибная жесткость фундамента.

Если ad ^ 2,5, фундамент считают обладающим бесконечно большой жесткостью.

При относительно гибких фундаментах учитывают дефор­мацию изгиба самого фундамента.

13-6. Анкерные крепления