Прогноз величины деформаций оснований на стадии проектирования сооружения позволяет выбрать наиболее правильные конструктивные решения фундаментов и надземных частей зданий и сооружений. Осадки оснований оказывают решающее влияние на прочность и устойчивость подземных конструкций.
Осадкой называется медленная и сравнительно небольшая деформация , происходящая в результате уплотнения грунта под действием нагрузок и сопротивляющаяся коренным изменениям его структуры.
При равномерных осадках основания подошва фундамента в любой моент времени опускается на одинаковую величину. Такие осадки не вызывают перераспределения усилий в конструкциях, но затрудняют нормальную эксплуатацию.
При неравномерных осадках основания подошва фундамента опускается на разную величину, вызывая перераспределение усилий и деформаций в надземных частях зданий и сооружений. Такие осадки ухудшают эксплуатацию оборудования, изменяют условия устойчивости сооружений, вызывают перенапряжения в отдельных конструкциях и элементах.
Основы Сопромата. Виды деформаций
В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости здания или сооружения возникают следующие виды деформаций.
Прогиб и выгиб возникают в протяженных зданиях и сооружениях , не обладающих большей жесткостью.
В случае развития прогиба ( рис. 7.1,а ) наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части здания или сооружения, выгибе (см. рис. 7.1,6), — наоборот, в верхней части сооружения.
Рис. 7.1. Схема прогиба (а) и выгиба (б) сооружения
Относительный прогиб или выгиб (ƒ/L) здания или сооружения оценивается отношением стрелы прогиба или выгиба к длине прогнувшейся части здания и кривизной изгибаемого участка ( рис. 7.2 ) и определяется по формуле (по пособию к СНиП, 1986; СНиП 2.02.01—83):
где S1 и S3 — осадки в краях фундамента; S2 — наибольшая или наименьшая осадка фундамента; L — длина фундамента.
Рис. 7.2. Относительный прогиб или выгиб сооружения
Крен (наклон) — поворот фундамента относительно горизонтальной оси, проявляющийся при несимметричной загрузке основания. Наибольшую опасность данный вид деформации представляет для высоких сооружений — дымовых труб, узких зданий повышенной этажности и др., т.е. характерен для жестких сооружений.
Крен рассматривается как разность абсолютных осадок двух точек фундаментов, отнесенных к расстоянию между ними ( рис. 7.3 ), и определяется по формуле
где S1 и S2 — осадки крайних точек сплошного фундамента или двух фундаментов.
Рис. 7.3. Крен сооружения
Перекос зданий и сооружений характерен при резком проявлении неравномерности осадок на участке небольшой протяженности при сохранении относительной вертикальности несущих конструкций ( рис. 7.4 ).
Кручение возникает при неодинаковом крене здания или сооружения по длине, при этом происходит развитие крена в двух сечениях сооружения в разные стороны ( рис. 7.5 ).
Горизонтальные перемещения фундаментов зданий или сооружений возникают при действии на основания горизонтальных нагрузок ( рис. 7.6 ). Например, устои мостов (рис. 7.6,а), гидротехнические сооружения (рис.7.6,б), они возможны при развитии оползней и при выполнении подземных выработок.
Естествознание 5 Деформация Различные виды деформации Сила упругост
Рис. 7.4. Перекос сооружения
Рис. 7.5. Кручение сооружения
Рис. 7.6. Схема горизонтального перемещения устоя моста (а) и гидротехнического сооружения (б)
Источник: www.drillings.su
Деформация зданий и сооружений
Причинами появления деформаций в сооружениях являются ошибки, допущенные при проведении инженерно-геологических изысканий и проектировании, при отступлении от требований норм в процессе строительства, а также при нарушении нормальной эксплуатации. Наиболее тяжелые последствия вплоть до полного выхода сооружения из строя отмечаются при сложных инженерно-геологических условиях: в случае залегания грунтов с особыми свойствами (например, просадочных, засоленных); при наличии оползней (рис. 6.1, а) и карста (рис. 6.1, б); в сейсмических районах и при распространении горных выработок.
Наиболее типичными ошибками, допускаемыми в процессе изысканий, являются не совсем точное установление границы, разделяющей смежные инженерно-геологические элементы, особенно при наличии в одном из элементов сильносжимаемых и других грунтов с особыми свойствами (рис. 6.1, в, г); пропуски в обнаружении линз слабых грунтов или, наоборот, прочных скальных пород (рис. 6.1, д) и др.; пропуски в обнаружении карстовых полостей (это может привести к появлению воронки на поверхности массива). Причинами этих ошибок является недостаточное число разведывательных скважин и незначительная их глубина.
В практике встречаются случаи неправильного определения свойств грунтов, главным образом деформационных и прочностных, величин их относительной просадочности или набухания и т.д. Наконец, в процессе изысканий наблюдаются ошибки при оценке гидрогеологических условий площадки, при прогнозировании изменения уровня подземных вод.
В результате неправильной или недостаточной инженерно-геологической информации не представляется возможным выбрать оптимальный вариант фундамента. При устройстве фундамента мелкого заложения ошибка в определении толщины сжимаемой толщи приводит к искажению величин осадки. Наиболее тяжелые последствия отмечаются при неправильных определениях прочностных свойств грунтов, В этом случае может произойти потеря устойчивости основания, что приведет к разрушению сооружения в целом.
Одной из причин, приводящих к неправильным определениям свойств грунтов, являются недостатки технологии отбора, хранения и транспортирования монолитов грунта, особенно водонасыщенных биогенных грунтов, просадочных грунтов, набухающих илов и т. п.
К числу ошибок при проектировании относится неправильная оценка величины и состава действующих нагрузок. Так, например, знакопеременные, циклические нагрузки могут вызвать дополнительные осадки (рис. 6.2, a), a динамическая составляющая ветра — недопустимый крен всего сооружения. Различные, резко отличающиеся по величине нагрузки, передаваемые на фундаменты приводят к появлению значительных неравномерных осадок и, следовательно, к деформациям конструкций.
Недооценка возможной неравномерной загрузки полов в процессе эксплуатации может вызвать не только вертикальные, но и горизонтальные перемещения конструкций (рис. 6 2, б). И наконец, не всегда учитываются особенности деформирования основания, заключающиеся в распределительной способности грунта, что проявляется в опускании поверхности за пределами пятна загружения, увеличении напряжения в основании фундамента при возведении рядом с ним нового здания (рис. 6.2, в).
Использование расчетных схем, не в полной мере отражающих фактические условия работы, приводит к перераспределению усилий, что вызывает неравномерные осадки здания. Этому способствуют принимаемые зачастую в проектах фундаменты, резко отличающиеся по размерам один от другого. Устанавливаемое оборудование вызывает динамические воздействия, не учитываемые при проектировании, что приводит к появлению дополнительных не равномерных деформаций (рис. 6.2, г).
Ошибки, допускаемые при производстве строительных работ, являются наиболее частыми причинами появления деформации в фундаментах и надземных конструкциях К таким ошибкам в первую очередь относится нарушение структуры грунта после разработки котлована вследствие его высыхания после увлажнения атмосферными водами, разуплотнения при наличии напорных под земных вод, а также набухания. Осуществляемый открытый водоотлив подземных и атмосферных вод приводит, как правило, к нарушению верхнего слоя основания. Особенно неудовлетворительно производятся работы в зимнее время, в результате чего происходит промораживание грунта. Кроме того, в процессе работ встречаются случаи, когда разрабатывают котлованы большей глубины, чем требуется по проекту. Последующую подсыпку грунтом, местную или общую, производят без уплотнения, особенно когда толщина ее составляет 10—20 см. Опыт показывает, что даже не большой по высоте неуплотненный слой грунта может привести к значительным осадкам (рис 6 3, а) Около 70—75 % всех наблюдающихся деформаций зданий обусловлено указанными выше при чинами
В процессе строительных работ допускают и другие нарушения: неправильная разбивка осей фундаментов, что приводит к появлению эксцентриситета, отсутствие уплотнения грунта обратной засыпки, осуществление обратной засыпки пазух фундамента до окончания работ по монтажу перекрытия над подвалом и устройства полов (рис. 6.3, б), что является причиной наклона стен. Устройство траншей или котлованов в непосредственной близости от сооружений, а также откачка подземных вод приводят к значительным деформациям (рис. 6.3, в).
При эксплуатации также весьма часто допускаются ошибки, приводящие к появлению недопустимых деформаций. Здесь в первую очередь следует отметить замачивание грунтов основания технологическими или атмосферными водами (рис. 6.4, а). Кроме того, встречаются случаи увеличения нагрузки основания в результате установки дополнительного оборудования, надстройки, установки кранов и др.
Разработка траншей, устройство подвалов или увеличение их глубины (рис. 6.4, б), откачка подземном воды и другие причины также вызывают нарушение нормальной эксплуатации зданий и сооружений.
Приведенные причины в отдельных случаях приводят в аварийное состояние сооружения, для устранения которого требуется осуществление усиления фундаментов надземных конструкций или закрепления грунта.
Источник: ctcmetar.ru
Определение деформаций зданий и сооружений
Деформации (перемещения), обнаруженные при обследованиях, можно разделить на общие, когда перемещаются и деформируются конструкции и сооружения в целом, и местные, когда перемещения, прогибы, повороты происходят в пределах одной конструкции, в узлах сопряжения, опирания и т. п.
Для определения общих деформаций могут быть использованы приборы и приспособления, приведенные в § 3.4.
Основной причиной появления общих деформаций зданий и сооружений являются неравномерные осадки оснований. Чрезмерные перемещения последних объясняются либо ошибками при определении их несущей способности в процессе проектирования, либо нарушением условий нормальной эксплуатации, предусмотренной проектом. Чаще всего это нарушение гидрогеологических условий, замачивание просадочных грунтов, оттаивание ледовых прослоек, аварии систем водо- и теплоснабжения и др.
Для измерения осадок, кренов, сдвигов зданий, сооружений и их конструкций применяют методы инженерной геодезии.
Измерение осадок зданий и сооружений производят путем сопоставления отметок реперов и осадочных марок (рис. 4.1). Опорные реперы закладывают на глубину с таким расчетом, чтобы основанием для них служили практически несжимаемые грунты (песчаники, плотные мергели, глины древних отложений и др.). Реперы располагают в 30. 120 м вокруг здания.
Осадочные марки закладывают в фундаменты по периметру сооружения, номера пишут на стенах (колоннах) масляной краской.
Нивелировку опорных реперов и марок выполняют прецизионными нивелирами типа HI, НЗ, «КОН-007» и др.
Определять крены сооружений можно различными способами: проектированием вспомогательной точки, измерением горизонтальных углов, боковым нивелированием (рис. 4.2). В этих случаях рабочим прибором служит теодолит. Разработаны и специальные приборы — кренометры и клинометры, в которых для измерения наклонов сооружений используют точные уровни с измерительным винтом; переносной клинометр, клинометр фирмы «Стопани» (Швейцария), стационарный кренометр конструкции Н. Г. Видуева и В. П. Гржибовского, фотоэлектрический и дистанционный кренометры конструкции А. Г. Григоренко и др.
Измерение сдвигов конструкций и сооружений выполняют с помощью теодолитов. При этом боковое смещение объекта (конструкции) измеряют от прямых линий, фиксируемых вдоль конструкций, а в качестве линий отсчета используют струну, натянутую между двумя точками прямой линии, или оптический луч, проходящий через эти точки. Соответственно способы определения сдвига конструкции или сооружения в целом подразделяют на способ струны, оптического створа, «ломаного базиса», микротриангуляции, метод косвенного измерения.
Рис. 4,1. Схемы нивелирования:
а — опорных реперов; б — осадочных марок; 1. 10 — номера станций; Срп1. Срп4 — свайные реперы; Δ — осадочные марки; Rp2 — стенной репер; l1, . l20 — расстояния между станциями, свайными реперами и осадочными марками
Рис. 4.2. Схема определения крена:
а — измерением горизонтальных углов; б — методом бокового нивелирования; 1, 2, 3 — места расположения теодолита; A, A1 — удаленные предметы местности; В — марка на верхнем обрезе стены; СС — створ; 4, 5 — положения реек для снятия отсчетов а1 и а2.
Для определения положения одновременно нескольких точек здания или сооружения в одной плоскости или в пространстве, выполнения исполнительных съемок и строительных обмеров сооружений, контроля точности строительно-монтажных работ, деформаций большеразмерных конструкций при статических и динамических нагрузках применяют методы инженерной фотограмметрии, в которой различают фотограмметрический и стереограмметрический методы.
Необходимо отметить, что фотограмметрические методы целесообразно применять при невозможности выполнения обмерочных работ более простыми способами.
Источник: studopedia.ru