Можно ли ставить фундамент на смешанные грунты в сейсмике?

Фундаменты в сейсмических районах

§ 65. Общие сведения о сейсмических воздействиях

Сейсмическая активность земли проявляется на обширной части СССР. Общая площадь районов, подверженных землетрясениям, составляет около 28% территории страны.

Подавляющее большинство землетрясений возникает в результате тектонических процессов. Такие землетрясения наиболее часты (90% всех землетрясений) и достигают значительной силы. Происходящие вблизи действующих вулканов землетрясения охватывают небольшие территории. Они намного слабее тектонических. Еще меньшей силой обладают местные землетрясения, возникающие в результате горных обвалов, оползней, провалов карстовых полостей, шахтных и других выработок.

Землетрясения возникают, как правило, в определенных зонах (сейсмических), где продолжаются горообразовательные процессы. В этих зонах земная кора расчленена тектоническими разломами на отдельные массивы, испытывающие интенсивные взаимные смещения. Вызванные ими нарушения происходят по существующим или по вновь образовавшимся разломам.

Находящаяся в глубине земли область нарушения коры является очагом (гипоцентром) землетрясения. Проекция этого очага из центра земли на ее поверхность называется эпицентром землетрясения. Очаги обычно имеют вытянутую вдоль разломов форму. Их размеры изменяются от нескольких метров до десятков километров и в основном предопределяют силу землетрясения. При разрушительных землетрясениях очаги в большинстве случаев располагаются в толще земной» коры на глубине 10—50 км и более от ее поверхности.

В районе землетрясения каждая точка земли испытывает последовательное воздействие волн разного вида, поэтому колебания грунта при землетрясениях носят сложный пространственный характер. Из-за этого сейсмические силы могут иметь любое направление в пространстве и к тому же быть переменными по направлению, скорости и величине.

Продолжительность сейсмического импульса и вызываемых им колебаний грунта измеряется десятками секунд, а иногда несколькими минутами. Наиболее опасное воздействие землетрясения происходит в первые 20—40 с, чаще всего с первым мощным импульсом и следующим за ним сейсмическим колебанием грунта.

Для обеспечения достаточной надежности зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах, прежде всего необходимо знать силу землетрясения, которую обычно оценивают по общему разрушительному эффекту, характеризуемому сейсмическими баллами по соответствующей шкале.

Известно много сейсмических шкал, предложенных в разных странах и в разные годы. В СССР с 1952 г. принята 12-балльная сейсмическая шкала (ГОСТ 6249—52), составленная на основе разработок Института физики Земли АН СССР. В качестве классификационных признаков для оценки силы землетрясения в этой шкале приняты: степень повреждения и число поврежденных зданий разных типов; остаточные явления в грунтах и изменение режима подземных вод; прочие признаки (поведение домашних животных, ощущения людей). Кроме этого, каждый балл землетрясения характеризуют определенным диапазоном относительных смещений маятника стандартного сейсмометра и соответствующим ускорением смещения грунта.

С инженерной точки зрения к сейсмическим районам относят районы с силой землетрясения б баллов и выше. На территории СССР землетрясения 10 баллов и выше происходят крайне редко, поэтому в отечественном сейсмостойком строительстве учитывают землетрясения в диапазоне 6—9 баллов.

При характеристике степени повреждения и разрушения частей зданий под легкими повреждениями подразумевают тонкие трещины в штукатурке, кладке печей и т. п.; под значительными повреждениями — трещины в штукатурке и откалывание ее кусков, тонкие трещины в стенах, повреждения дымовых труб отопительных печей и т. п.; под разрушениями — большие трещины в стенах, расслоение каменной кладки, обрушение отдельных участков стен, падение карнизов и парапетов, обвалы штукатурки, падение дымовых труб отопительных печей и т. п.; под обвалами — полное или частичное обрушение стен, перекрытий и т. п.

Здания и сооружения, расположенные в сейсмических районах, подвергаются во время землетрясений воздействию особых факторов, приводящих к появлению дополнительных усилий в конструкции и к изменению условий ее работы. Совокупность этих факторов, вызывающих повреждения сооружений, называют сейсмическим воздействием. Повреждения дорог и дорожных сооружений наблюдаются при силе землетрясения 7 баллов и выше.

Ликвидация сейсмических повреждений земляного полотна, верхнего строения пути или покрытия производится сравнительно простыми техническими средствами и восстановление этих элементов дорог не требует длительного времени. Повреждения мостов и тоннелей приводят к продолжительным перерывам в движении, так как их восстановление связано с необходимостью выполнения длительных и трудоемких работ. По этой причине в нормах сейсмостойкого строительства многих стран для мостов и некоторых других дорожных сооружений предусмотрены повышенные гарантии сейсмостойкости.

Анализ последствий землетрясений показывает, что повреждения мостов происходят вследствие смещения или повреждения пролетных строений либо повреждения опор или же тех и других одновременно. Повреждения опор мостов можно подразделить на две группы: перемещения опор относительно первоначального положения (сдвиги, осадки, наклоны, опрокидывание); нарушения целостности конструкции опор (трещины, разломы, раскрытие швов и т. д.). Повреждения обоих видов нередко возникают одновременно.

Наиболее характерным повреждением устоев является их скольжение (сдвиг) в сторону пролета, часто сопровождаемое их наклоном и осадкой. Такие повреждения весьма распространены, особенно при наличии вокруг фундаментов устоев слабых глинистых грунтов; в единичных случаях деформации устоев могут происходить при землетрясениях силой от 7 баллов. Повреждения устоев являются следствием воздействия увеличившегося давления на них грунта со стороны насыпи, инерционных сил от пролетных строений и самих устоев, а иногда и в результате скольжения наклонно залегающих пластов берегового массива в сторону водотока. Перемещения устоев в сторону пролета часто бывают значительными и могут привести к полному разрушению мостов.

Читать еще:  Почему утепление стен снаружи – лучший вариант?

Характерными повреждениями промежуточных опор являются их осадки и наклоны, а иногда горизонтальные перемещения. Отмечены случаи поднятия опор относительно первоначального положения, а также их поворота в горизонтальной плоскости. Осадки и наклоны опор в большинстве случаев наблюдаются при фундаментах мелкого заложения, а также фундаментах из висячих свай, заглубленных в мелкие или пылеватые водонасыщенные пески средней плотности сложения, текучепластичные и текучие супеси, суглинки и глины. При землетрясении 9 баллов и более деформации опор достигают больших величин и являются массовыми. Установлено, что в общем случае осадки и наклоны опор уменьшаются с увеличением глубины заложения фундаментов и размеров их подошвы.

В результате землетрясения 1923 г. в Японии опоры одного моста с фундаментами мелкого заложения на песке осели на 0,5—1,5 м. При этом же землетрясении отмечены осадки фундаментов из висячих деревянных свай до 1,2 м.

В безростверковых опорах при землетрясении возникают трещины в ригелях и местах примыкания стоек к ригелю. В свайных фундаментах с высоким ростверком возникают повреждения в виде горизонтальных или косых трещин в сваях; вблизи заделки свай в ростверк раздробляется бетон, выпучиваются сжатые стержни арматуры.

Анализ характера сейсмических повреждений мостов показывает, что они являются следствием воздействия комплекса факторов, из которых наиболее важны следующие: 1) горизонтальные силы инерции (сейсмические силы), возникающие при колебательных движениях масс сооружения под воздействием колебаний грунтового основания. Эти силы в большинстве случаев считаются основной причиной повреждения сооружений; 2) вертикальные силы инерции (сейсмические силы), вызванные вертикальной составляющей сейсмических колебаний грунта. Эти силы незначительны по сравнению с основными вертикальными нагрузками сооружения, поэтому они редко являются непосредственной причиной повреждения сооружений. Однако такие силы уменьшают запасы устойчивости фундаментов опор против сдвига и опрокидывания; 3) сейсмическое горизонтальное давление грунта на устои мостов; 4) сейсмическое (гидродинамическое) давление воды на промежуточные опоры мостов; 5) значительное снижение несущей способности грунтов, особенно водонасыщенных рыхлых песков и текучих и текуче-пластичных глинистых грунтов. Из-за этого происходят большие осадки и наклоны опор мостов; 6) остаточные деформации природного рельефа в виде оползней, обвалов и т. п.; 7) смещения по плоскостям тектонических нарушений, приводящие к образованию сбросов и сдвигов.

Следует отметить, что большей частью повреждение сооружений происходит в результате одновременного воздействия нескольких из перечисленных причин.

Особенности проектирования оснований и фундаментов на многолетнемерзлых грунтах в сейсмических районах

11.1 Основания и фундаменты сооружений, возводимых на многолетнемерзлых грунтах на площадках с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов следует проектировать с учетом требований СП 14.13330, СП 22.13330, СП 24.13330, СП 35.13330 и требований настоящих норм.

11.2 Для сейсмических районов с расчетной сейсмичностью 7, 8 и 9 баллов следует предусматривать использование многолетнемерзлых грунтов в качестве основания, как правило, по принципу I. При невозможности использования грунтов в качестве основания по принципу I допускается использование их по принципу II при условии опирания фундаментов на скальные или другие малосжимаемые при оттаивании грунты или на предварительно оттаянные и уплотненные грунты.

11.3 В сейсмических районах следует применять те же виды свай, что и в несейсмических районах, кроме свай без поперечного армирования. Глубина погружения свай в грунт (исключая сваи-стойки) должна быть не менее 4 м.

11.4 Расчет оснований и фундаментов по несущей способности на вертикальную нагрузку с учетом сейсмических воздействий следует производить согласно 7.2.1, при этом силу предельного сопротивления основания надлежит определять с учетом 11.5, 11.6, а коэффициент надежности gn принимать:

при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I — по 7.2.1;

при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу II — для фундаментов на естественном основании — gn = 1,5, а для свайных — по требованиям СП 24.13330.

11.5 Несущую способность вертикально нагруженной висячей сваи Fu, а также столбчатого фундамента при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I, с учетом сейсмических воздействий следует определять согласно 7.2.2; при этом расчетное сопротивление грунта или грунтового раствора сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом Raf и расчетное давление мерзлого грунта под нижним концом сваи или подошвой столбчатого фундамента R надлежит умножать на коэффициент условий работы основания geq, принимаемый по таблице 11.1.

Для свай в пластично-мерзлых грунтах значение Raf следует принимать равным нулю в пределах от верхней границы многолетнемерзлых грунтов до расчетной глубины hd, м, определяемой по формуле

(11.1)

где ae — коэффициент деформации системы «свая-грунт», определяемый по результатам испытаний в соответствии с 11.6.

11.6 Расчет свай по прочности материала на совместное действие расчетных усилий (продольной силы, изгибающего момента и поперечной силы) при использовании многолетнемерзлых оснований по принципу I следует производить в зависимости от расчетных значений сейсмических нагрузок в соответствии с требованиями СП 24.13330 с учетом 7.2.13. При этом для свай в пластично-мерзлых грунтах коэффициент деформации системы «свая-грунт» ae м -1 , следует определять по результатам испытаний свай статической горизонтальной нагрузкой по формуле

(11.2)

где Fh — горизонтальная нагрузка, кН, принимаемая равной 0,7Fh,u;

здесь Fh,u — горизонтальная предельная нагрузка, кН, в уровне поверхности грунта, при которой перемещение испытуемой сваи начинает возрастать без увеличения нагрузки;

Читать еще:  Мелкощитовая опалубка своими руками

u — горизонтальное перемещение сваи в уровне поверхности грунта, м, определяемое по графику зависимости горизонтальных перемещений от нагрузки при условной стабилизации перемещений, если расчет ведется на статические нагрузки, и без условной стабилизации перемещений, если расчет ведется на сейсмические воздействия;

Еb — модуль упругости материала свай, кПа;

I — момент инерции сечения сваи, м 4 .

11.7 Проверку основания столбчатого фундамента на горизонтальную и внецентренно сжимающую нагрузки с учетом сейсмических воздействий при использовании многолетнемерзлых грунтов в качестве основания по принципу I следует производить на опрокидывание и сдвиг по подошве фундамента с учетом 7.2.12.

При действии сейсмических нагрузок, создающих моменты сил в обоих направлениях подошвы фундамента, расчет основания надлежит производить раздельно на действие сил и моментов в каждом направлении независимо друг от друга.

11.8 Расчет оснований и фундаментов с учетом сейсмических воздействий при использовании многолетнемерзлых грунтов по принципу II необходимо производить в соответствии с СП 22.13330, СП 24.13330 и 7.3.1 — 7.3.15 по расчету оттаивающих оснований. При этом отрицательные (негативные) силы трения, вызванные осадкой оттаивающих грунтов, в расчетах оснований на сейсмические воздействия не учитываются, если оттаивающее основание сложено песчаными и крупнообломочными грунтами, осадки которых завершаются в процессе их оттаивания.

Фундаменты в условиях сейсмических воздействийОсобенности устройства фундаментов в сейсмических районах.

В России существует 12 бальная сейсмическая шкала. До семи бальная сейсмичность воспринимается обычными зданиями, сооружениями без принятия каких-либо дополнительных мер по усилению несущих конструкций.

Расчетной является сейсмичность в 7, 8, 9 баллов.

При сейсмичности свыше 9 баллов строительство не рекомендуется и только в исключительных случаях возможно при разработке специальных мероприятий.

Вся территория России поделена на отдельные районы по сейсмичности, но даже в пределах одного района сейсмичность может быть различной в зависимости от грунтовых условий.

Во многих районах выполнено микросейсмирование (повышение или понижение сейсмичности на 1 балл, которое санкционируется Госстроем).

Пример: Район с сейсмичностью 8 баллов.

При строительстве зданий необходимо:

  1. Фундаменты сооружения закладывать на одной отметке (более равномерное распределение сейсмических сил).
  2. Здание делить на отсеки.
  3. Фундаменты делать монолитными или омоноличивать (перекрестные ленты, сплошные фундаменты).
  4. Свайные фундаменты рассчитывать на горизонтальную нагрузку. При этом преимущество имеют сваи – стойки, а головы свай должны быть надежно заделаны в ростверк.

— коэффициент снижения несущей способности .

Расчёт фундаментов и оснований на сейсмические воздействия.

Расчёт оснований по несущей способности выполняется на действие вертикальной составляющей внецентренной нагрузки, передаваемой фундаментом

где вертикальная составляющая расчётной внецентренной нагрузки в особом сочетании; вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания при сейсмических воздействиях; сейсмический коэффициент условий работы; коэффициент надёжности по назначению сооружения.

Горизонтальная составляющая нагрузки учитывается при расчёте фундамента на сдвиг по подошве. Проверка на сдвиг по подошве производится с учётом трения подошвы фундамента о грунт, но с учётом сейсмического коэффициента условий работы

При расчёте несущей способности нескальных оснований, испытывающих сейсмические колебания, ординаты эпюры предельного давления по краям подошвы фундамента определяются по формуле:

где коэффициенты формы; коэффициенты несущей способности, зависящие от расчётного значения угла внутреннего трения; и соответственно расчётные значения удельного веса грунта, находящегося выше и ниже подошвы фундамента (с учётом взвешивающего действия подземных вод); глубина заложения фундаментов; коэффициент, принимаемый равным 0,1; 0,2; 0,4 при сейсмичности площадок строительства 7,8 и 9 баллов соответственно.

Эксцентриситеты расчётной нагрузки и эпюры предельного давления определяются по формулам

;

где вертикальная составляющая расчётной нагрузки и момент, приведённые к подошве фундамента при особом сочетании нагрузок. В зависимости от соотношения между величинами и вертикальная составляющая силы предельного сопротивления основания принимается:

при

при >

где и размеры подошвы фундамента.

На подпорные стенки и стены подвальных помещений учитывают раздельно инерционное сейсмическое давление грунта и давление, вызванное изменением напряжённого состояния среды при прохождении в ней сейсмических волн.

Активное и пассивное давление грунта на подпорные стенки с учётом сейсмического воздействия

где коэффициент сейсмичности, принимаемый равным 0,025; 0,05; 0,1 соответственно при 7,8 и 9 баллах; угол внутреннего трения грунта при расчёте по устойчивости; соответственно активное и пассивное давления грунта при статическом состоянии.

Дополнительные горизонтальные нормальные и касательные напряжения, возникающие в грунте при прохождении сейсмических волн

где удельный вес грунта; скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн в грунте, определяемые экспериментально; преобладающий период сейсмических колебаний (обычно принимают с).

Сейсмические нагрузки прикладываемые к подпорной стенке как инерционные

где вес элемента сооружения, отнесённый к точке ; коэффициент, учитывающий допустимые повреждения зданий и сооружений; коэффициент, учитывающий конструктивные решения зданий и сооружений; – коэффициент демпфирования; коэффициент, зависящий от расчётной сейсмичности; коэффициент, соответствующий i-му тону собственных колебаний здания или сооружения; коэффициент, зависящий от формы деформации сооружения при его собственных колебаниях по i -му тону и от расстояния нагрузки до обреза фундамента.

Конструктивные особенности фундаментов.

Во избежание нарушения частоты собственных колебаний однородных конструкций фундаменты отдельного сооружения или отсека здания закладывают на одну и ту же глубину.

Для исключения подвижки здания по обрезу фундаментов гидроизоляцию стен выполняют из слоя цементного раствора. Применение битумной гидроизоляции не допускается.

Целесообразно колонны каркасных зданий располагать на сплошных фундаментных плитах, перекрёстных ленточных фундаментах или соединять фундамент и свайные ростверки вставками, которые исключают подвижку фундаментов относительно друг друга.

В сборных ленточных фундаментах под стены по их обрезу устраивают армированный пояс, работающий на растяжение.

Читать еще:  Как пилить шифер болгаркой?

В свайных фундаментах нижние концы свай опирают на плотные грунты. Непрерывный ростверк располагают на одной и той же глубине в каждом отдельном отсеке. Подпорные стенки не рекомендуется делать большой высоты.

Неблагоприятные грунты основания: пески рыхлые насыщенные водой, слабые пылевато-глинистые грунты в текучем и текучепластичном состоянии.

11. Проектирование гибких фундаментов. Общие сведенья. Основные теории расчета гибких фундаментов. Конструирование гибких фундаментов.

Гибкие сооружения, передавая нагрузку на основание, следуя за осадкой, которая может быть различна в каждой точке. При такой деформации в них не возникает практические никакие усилия разрушения. Такие сооружения имеют статически определенную схему. Гибкие могут быть фундаменты у которых отношение h/l

Дата добавления: 2018-06-01 ; просмотров: 2011 ; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ

12.2.6. Сейсмостойкость свайных фундаментов (ч.1)

Область применения свайных фундаментов в сейсмических районах в основном та же, что и в несейсмических, т.е. свайные фундаменты в условиях сейсмики применяются в аналогичных грунтах и для тех же нагрузок на фундаменты, что и в несейсмических районах. Как и в статических условиях, для принятия окончательного варианта фундамента для сейсмических районов необходимо провести технико-экономическое сравнение вариантов.

При проектировании свайных фундаментов в сейсмических районах нижние концы свай следует опирать на скальные грунты, крупно-обломочные грунты, плотные и средней плотности песчаные грунты, твердые, полутвердые и тугопластичные глинистые грунты. Опирание нижних концов свай в сейсмических районах на рыхлые водонасыщенные пески, глинистые грунты мягкопластичной, текучепластичной и текучей консистенции не допускается.

Опирание свай на наклонные пласты скальных и крупнообломочных пород допускается в том случае, если устойчивость при сейсмических воздействиях массива грунта, расположенного на указанных породах, обеспечивается не за счет свайного фундамента и если при этом исключается возможность проскальзывания нижних концов свай. Допускается опирание свай на плотные и средней плотности водонасыщенные пески, при этом их несущая способность, как правило, должна определяться по результатам полевых испытаний свай на имитированные сейсмические воздействия.

Величина заглубления в грунт свай в сейсмических районах должна быть не менее 4 м, за исключением случаев их опирания на скальные грунты.

Набивные сваи в сейсмических районах следует устраивать в маловлажных устойчивых связных грунтах при диаметре свай не менее 40 см и отношении их длины к диаметру не более 25. При этом необходимо вести строгий контроль за качеством изготовления свай, гарантирующий точное соответствие их формы и размеров с проектом. Как исключение допускается прорезание слоев водонасыщенных грунтов с применением извлекаемых обсадных труб или глинистого раствора. В структурно-неустойчивых грунтах применять набивные сваи можно только с обсадными оставляемыми трубами. Армирование набивных свай в сейсмических районах является обязательным, при этом минимальный процент армирования должен приниматься равным 0,05.

При проектировании фундаментов из набивных свай в сейсмических районах предпочтение следует отдавать набивным сваям, при изготовлении которых в их основание втрамбовывают щебень, гравий, жесткий бетон и т.п.

А. РАСЧЕТ ЗАБИВНЫХ И НАБИВНЫХ СВАЙ (ч.1)

Расчет свайных фундаментов зданий и сооружений с учетом сейсмических воздействий производится на особое сочетание нагрузок (включая сейсмическое воздействие) по предельному состоянию первой группы и предусматривает:

  • определение несущей способности свай на вертикальную нагрузку;
  • проверку свай по сопротивлению материала на совместное действие расчетных усилий: нормальной силы, изгибающего момента и перерезывающей силы;
  • проверку устойчивости сваи по условию ограничения давления, оказываемого на грунт боковыми поверхностями сваи.

Для фундаментов с высоким свайным ростверком расчетные значения сейсмических сил следует определять как для зданий или сооружений с гибкой нижней частью, увеличивая коэффициент динамичности βi (определяемый согласно требованиям главы СНиП II-7-81) в 1,5 раза, если период колебаний основного тона составляет 0,4 с и более. При этом значение коэффициента динамичности βi должно быть не более 3 и не менее 1,2.

Для свай-стоек несущая способность на действие вдавливающей нагрузки определяется так же, как и в условиях статики, без введения понижающих коэффициентов.

Несущая способность Ф p c забивной призматической и набивной сваи, работающей на осевую сжимающую нагрузку, с учетом сейсмических воздействий определяется по формуле

где γс — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый равным 1; R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи; Ap — площадь опирания на грунт сваи, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру; up — наружный периметр поперечного сечения сваи; It — расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания па боковой поверхности сваи (учитывается, начиная с глубины hp; lpi — толщина i -го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью; γeq, γeqi — коэффициенты условий работы, учитывающие влияние сейсмических колебаний на напряженное состояние грунта под нижним концом и на боковой поверхности сваи в i -м слое грунта (табл. 12.8); hp — глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи; dр — глубина погружения сваи в грунт; γR, γf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения или устройства свай на расчетные сопротивления грунта.

Глубина, до которой не учитывается сопротивление грунта на боковой поверхности сваи, определяется по формулам:

для забивной сваи

для набивной сваи ( hp принимается не боле ξ11 )

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector