Диплом в сборе (1229381), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

а - при заделке низа фундамента в вечномерзлый грунт; б – то же в талый грунт; I, II,III соот­ветственно сезонномерзлый, талый и вечномерзлый гранты

Рисунок 3.4 – Расчетная схема проверки на выпучивание фундаментов

с анкерной плитой

Подставляем в формулу (3.33) известные величины, получаем:

Подставляем в формулу (3.32) известные величины, получаем:

Подставив в формулу (3.29) известные величины:

.

Так как, 1 то устойчивость закопанных и свайных фундаментов опор воздушной линии не удовлетворяет условию.

В таком случае перед установкой опоры необходимо провести комплекс противопучинистых меропритий. Основными мероприятиями, исключающими пучение грунтов основания фундаментов, являются:

• планировка территории, предусмотренная проектом, который надлежит выполнять во время производства работ;

• утепление основания фундаментов при производстве работ в зимний период;

• обмазка битумом поверхностей наружных стен подвала, соприкасающиеся с грунтом;

• засыпка пазух фундаментов и крылец щебенистым грунтом с уплотнением до проектного значения плотности сухого грунта.

4 РАСЧЕТ СИЛ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ

4.1 Механизм деформирования опор на участках пучинистых грунтов

Влажные рыхлые грунты сезонно-талого (СТС) или сезонно-мерзлого (СМС) слоев при осенне-зимнем промерзании увеличиваются в объеме, т.е. пучатся. При весенне-летнем оттаивании объем их уменьшается, происходит осадка пород СТС и СМС. Именно эти повторяющиеся из года в год процессы пучения и осадки грунтов, выпучивают опоры, как или любые другие твердые тела [29].

1 – промерзшая часть СТС; 2 – талая часть СТС; 3 – многолетнемерзлая порода; 4 – вода или разжиженный грунт в полости; 5 – лед или сильнольдистый грунт в полости; 6 – талый грунт, заполняющий полость; 7 – кровля многолетнемерзлых пород; 8 – граница промерзших пород СТС.

I-V – стадии выпучивания столба в годовом цикле; VI – обрушение столба, выпученного из пород СТС в течение ряда лет

Рисунок 4.1 – Схема выпучивания (вымораживания) опоры из СТС

Годовой цикл выпучивания опоры, заглубленной в грунты СТС представляется следующим (рисунок 4.1). При осенне-зимнем промерзании грунтов происходит смерзание их с боковой поверхностью опоры (рисунок 4.1 стадии I и II), при этом силы смерзания прямо пропорциональны понижению температуры. Развитие касательных сил пучения, превышающих суммарное значение веса опоры и сил бокового трения, приводит к «выдергиванию» опоры из не промерзшей части СТС, образованию под ним полости, заполняющейся постепенно водой или разжиженным грунтом (рисунок 4.1 стадия II).

При полном промерзании СТС в полости образуется лед или сильнольдистый грунт (рисунок 4.1 стадия III). При весенне-летнем оттаивании СТС силы смерзания постепенно уменьшаются по мере оттаивания грунта. Когда фронт оттаивания достигнет подошвы опоры – опора частично осядет.

Однако в годовом цикле опоры оказываются выпученным на некоторую высоту – ∆h1 (рисунок 4.1 стадия IV), так как полости под ними частично заполняются грунтом, а также оседанию мешают силы трения боковой поверхности с грунтом. При многократном ежегодном повторении такого процесса опоры оказываются настолько выпученными наверх, что теряют устойчивость (рисунок 4.1 стадия VI). Опоры на откосах, склонах и косогорах испытывают не только вертикальные, но и значительные горизонтальные смещения (боковые отклонения).

Если опора заглублена в многолетнемерзлую толщу, то ее выпучиванию, кроме силы трения боковой поверхности опоры с талыми (непромерзшими) грунтами и веса опоры, противодействуют силы смерзания боковой поверхности опоры с многолетнемерзлыми породами. Если эти удерживающие силы превышают суммарное воздействие сил выпучивания и эксплуатационных нагрузок, то опора сохраняет устойчивость, не выпучивается и не деформируется (не отклоняется на величину большую, чем допустимая по эксплуатационным требованиям).

Таким образом, для повышения устойчивости опор на участках многолетней мерзлоты и сильнопучистых сезонно-талых грунтов, необходимо:

1) уменьшать силы выпучивания опоры в сезонно-талом слое путем уменьшения сил смерзания сезонно-талого грунта с боковой поверхностью опоры, а также сокращения мощности и влажности СТС;

2) увеличивать противодействующие силы смерзания боковой поверхности опоры с многолетнемерзлыми породами, в том числе и путем увеличения площади этой поверхности. В случае сезонно-мерзлых пород также необходимо снижать силы смерзания грунта с боковой поверхностью опоры в пределах СМС, уменьшать его мощность и льдистость, увеличивать заанкеривание опоры в нижележащих породах.

4.2 Расчет оснований и фундаментов опор по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения

Расчет оснований и фундаментов по устойчивости и прочности на воздействие сил морозного пучения грунтов следует производить как для условий эксплуатации сооружения, так и дли условий периода строительства, если до передачи на фундаменты проектных нагрузок возмож­но промерзание грунтов слоя сезонного оттаивания (промерзания) [28].

Устойчивость фундаментов на действие касательных сил морозного пучения грунтов надлежит проверять по условию:

, (4.1)

где – расчетная удельная касательная сила пучения, кПа (кгс/см²); – пло­щадь боковой поверхности смерзания фундамента в пределах расчетной глубины сезонного промерзания оттаивания грунта, м² (см²); F – расчетная нагрузка на фундамент, кН (кгс), принимаемая с коэффициентом 0,9 по наиболее невыгодному сочетанию нагрузок и воздейст­вий, включая выдергивающие (ветровые, крановые и т.п.) и собственный вес фундамента; F_r – расчетное значение силы, удерживающей фунда­мент от выпучивания, кН; Y_c – коэффициент условий работы, принимаемый 1,0; Y_n – коэф­фици­ент надежности по назначению, принимаемый 1,1.

Расчетную удельную касательную силу морозного пучения, как правило, определяют опытным путем. Для сооружений 2 и 3 классов значения допускается принимать по таблицы 4.1 [28], в зависимости от влажности и глубины сезонного промерзания и оттаивания грунтов кПа (кгс/см²).

Таблица 4.1 – Расчетная удельная касательная сила пучения

Расчетное значение силы F_r, удерживающей фунда­мент от выпучивания, определяем по формуле:

, (4.2)

где u – периметр сечения поверхности сдвига, м (см), принимаемый равным: для свайных и столбчатых фундаментов без анкерной плиты – периметру сечения фундамента, рассчитанному в п. 3.3; – расчетное сопротивление i-го слоя вечномерзлого гранта сдвигу по поверхности смерзания, кПа (кгс/см²) принимаемое по таблице приложения 2 [28]; h_i – толщина i -го слоя мерзлого или талого грунта, расположенного ниже подошвы слоя сезонного промерзания-оттаивания, м.

Вследствие того, что h_i расположена ниже подошвы слоя сезонного промерзания (оттаивания), формула (4.2) изменится:

, (4.3)

кН.

Площадь определяется по формуле, м²:

(4.4)

где – периметр поперечного сечения части фундамента, находящейся в пределах активной зоны пучения грунта; h_м – нормативная глубина промерзания грунта (2,92 м). Тогда:

м².

_{Подставляем известные данные формулу (4.1):}

,

.

Условие проверки по устойчивости на воздействие сил морозного пучения не выполняется.

5 РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ОПОР

5.1 Мероприятия против вертикального воздействия сил морозного пучения

При расчете устойчивости опор на воздействие сил морозного пучения грунтов было выявлено, что условие проверки не выполнилось, следовательно, со временем опору будет выпучивать из грунта.

Мероприятия, направленные на уменьшение действия сил морозного пучения, можно разделить на следующие виды: инженерно-мелиоративные, тепловые, химические и теплоизоляционные.

В практике распространение получили теплоизоляционные (укладка подушек из шлака, керамзита) и физико-химические (обработка поверхности фундаментов смазками БАМ-3, БАМ-4). Чтобы смазка не впитывалась, а также, чтобы при засыпке не удалялась грунтом, поверхность фундамента должна быть покрыта полиэтиленовой пленкой. Применяя теплоизоляционные подсыпки в качестве теплоизоляционного материала рекомендуется использовать шлак и грунтобетон [29].

Для повышения устойчивости опор на участках многолетней мерзлоты и пучинистых сезонно-талых грунтов, необходимо:

– уменьшать силы выпучивания опоры в сезонно-талом слое (СТС) путем уменьшения сил смерзания сезонно-талого грунта с боковой поверхностью опоры, а также сокращения мощности и влажности СТС;

– увеличивать противодействующие силы смерзания боковой поверхности опоры с многолетнемерзлыми породами, в том числе и увеличением площади этой поверхности путем заглубления фундамента или поднятием кровли многолетней мерзлоты.

Наиболее эффективными являются следующие меры борьбы с выпучиванием грунтов [25]:

– замена пучинистых грунтов, окружающих фундамент, непучинистыми (песками крупной и средней крупности, гравием, галечником и другим крупнообломочным материалом) с устройством ограждения, предотвращающие заиливание дренирующих грунтов, и отводом поверхностных вод;

– применение анкерных плит;

– устройство вокруг фундамента грунтовых обсыпок (банкеток), теплоизо­лирующих подушек из шлака, пенопласта и др.

Для снижения сил морозного пучения рекомендуется:

– уменьшение поперечного сечения фундамента в зоне пучения грунта и увеличение глубины и периметра горизонтального сечения в зоне анкеровки;

– применение гладких наружных граней фундамента: вертикальных или наклонных (конических или пирамидальных, сужающихся к верху) без выступов и пазух в пределах зоны сезонномерзлого грунта;

– обмазка или обмотка боковых граней фундамента материалам, несмерзаю­щимися с грунтом, в зоне пучения.

Стабильность опор, в условиях вечной мерзлоты и пучинистых сезонно-талых грунтов, может быть обеспечена путем поднятия кровли многолетней мерзлоты вокруг фундамента опор и увеличения тем самым защемления его в многолетнемерзлых грунтах при одновременном уменьшении сил выпучивания в сезонно-талом слое за счет его уменьшения и применения противопучинных устройств.

Метод поднятия кровли многолетней мерзлоты вокруг фундамента опоры является наиболее действенным, но требует больших капитальных вложений и в рассматриваемых условиях представляется трудно реализуемым.

Метод тепловой заключается в применении теплоизоляционных подсыпок. В качестве теплоизолирующего материала рекомендуется использовать шлак или грунтобетон. Применение грунтобетона с использованием местного сырья снижает затраты на проводимые мероприятия.

Устойчивость опор на участках II и III типов земляного полотна может быть обеспечена применением защитного деревянного короба, засыпаемого на 2/3 глубины котлована непучинистым дренирующим грунтом, при расположении уровня грунтовых вод на 2,3 метра ниже бровки земляного полотна. При уровне вод выше 2,3 метра рекомендуется применять опоры с анкерными плитами.

Длину коробов следует определять в зависимости от глубины активной зоны пучения грунта, с учетом разгружающего влияния веса опоры и вертикальной постоянной нагрузки.

Для исключения сил смерзания боковой поверхности фундамента опоры с сезонно талым слоем грунта применяют противопучинный бандаж. Бандаж накладывается на фундамент опоры в пределах активной части сезонно - талого слоя грунта.

5.1.1 Противопучинный бандаж

Характеристики

Список файлов ВКР