Работа анкерных фундаментов в пучинистых грунтах

Предыдущая25262728293031323334353637383940Следующая

В пучинистых грунтах фундаменты, как правило, закладывают ниже расчетной глубины промерзания, но наибольшая опасность в этом случае возникает при воздействии касательных сил морозного пучения. Когда эти силы превышают нагрузку на фундамент от веса наземных конструкций, то происходит перемещение фундамента вверх.

Практика строительства показывает, что промышленные и гражданские сооружения, возводимые в таких условиях, часто получают деформации от действия касательных сил морозного пучения грунтов. При этом отдельные здания, в частности, неотапливаемые с небольшими нагрузками на фундаменты, приходят в аварийное состояние уже после первых лет эксплуатации. С повсеместным переходом на облегченные конструкции имеется тенденция к снижению нагрузок на фундаменты и, следовательно, возникает большая вероятность поднятия фундаментов касательными силами выпучивания.

Многие распространенные методы борьбы с выпучиванием фундаментов не являются долговечными и после нескольких лет эксплуатации теряют свою эффективность. Одним из методов обеспечения надежной работы подземных конструкций в морозопасных грунтах является способ заанкеривания фундаментов в талых слоях грунта, расположенных ниже глубины сезонного промерзания.

Для анализа эффективности работы анкерных фундаментов были проведены натурные и численные исследования в различных гидрогеологических условиях для оценки факторов, влияющих на устойчивость этих фундаментов при развитии во времени касательных сил морозного пучения, а также исследования нормальных давлений на уровне верхней плоскости анкерной плиты.

Экспериментальные площадки находились в Восточной Сибири в районе г. Ангарска и Усолье-Сибирское Иркутской области (В.М. Улицкий, 1969). Климат этого района резко континентальный, с суровой продолжительной и малоснежной зимой. Среднегодовая температура воздуха составляет (–1,8 °С). Все это способствует глубокому промерзанию грунтов, которое в особо суровые зимы составляет более 3,0 м.

До начала застройки уровень подземных вод (УПВ) находился на значительной глубине (10–15 м), а грунты, слагающие площадки строительства в пределах глубины промерзания (супеси, суглинки и пески), имели небольшую естественную влажность. Освоение территории при строительстве привело к резкому изменению гидрогеологических условий площадки, УПВ поднялся выше отметки заложения подошвы всех фундаментов. Глубокое промерзание увлажненных грунтов способствовало развитию значительных по величине касательных сил морозного пучения. Для исследования были выбраны две площадки – со среднепучинистыми грунтами (УПВ 2,5 м) и сильнопучинистыми грунтами (УПВ 1,6 м).



Было устроено 10 фундаментов, пять из которых в нижней опорной части имели анкерные плиты. Фундаменты представляли собой железобетонные столбы сечением 0,25´0,25 м длиной 3,9 м со специальными выступами вверху для крепления загрузочной платформы.

Натурное определение касательных сил морозного пучения, действовавших на опытные фундаменты, проводилось методом пригрузок. В процессе промерзания и морозного пучения грунтов ненагруженный опытный фундамент перемещался вверх. Чтобы уравновесить касательные силы выпучивания, развивающиеся по его боковым поверхностям, прикладывались различные по величине нагрузки. Отсутствие перемещений фундамента указывало на то, что суммарная сила морозного пучения на данный момент времени по величине меньше нагрузки, приложенной с учетом собственного веса фундамента.

Наблюдения на опытных площадках с различными гидрогеологическими условиями показали, что на величину сил морозного пучения существенно влияет УПВ. Так у фундамента без анкера при УПВ до 2,5 м была установлена максимальная удельная касательная сила морозного пучения до = 75 кН/м периметра фундамента. При повышении УПВ до 1,6 м у этого же фундамента удельная касательная сила морозного пучения составляла до = 122 кН/м периметра. Анкерные фундаменты с вылетом анкерной плиты 0,6 м получили максимальное усилие от касательных сил морозного пучения до 151 кН/м при УПВ 1,6 м.

Экспериментальные измерения нормальных давлений выполнялись на уровне верхней плоскости анкерной плиты. С этой целью в верхнюю часть анкерной плиты были установлены акустические мессдозы давления, по которым производилось систематическое наблюдение. По результатам этих наблюдений построены эпюры распределения давления за зимний период; установлен характер распределения этих давлений по плите; оценены закономерности их роста в процессе промерзания и морозного пучения на уровне верхней плоскости анкерной плиты опытного анкерного фундамента с вылетом анкерной плиты 0,6 м и УПВ 1,6…2,1 м. Эксперименты показали, что распределение давления зависит от многих факторов: характера и величины морозного пучения; контактных связей с фундаментом; скорости промерзания; физико-механических показателей талого и мерзлого грунта и др. Отмеченные и некоторые другие особенности существенно усложняют аналитическое решение по определению нормальных давлений, действующих на контакте мерзлый–талый грунт на уровне верхней плоскости анкерной плиты. На основании опытных пригрузок анкерных фундаментов в течение зимнего периода представилось возможным экспериментальным путем установить величины удерживающих сил этих фундаментов, эффективных в данных условиях.

Выполним численное моделирование процесса промерзания и оттаивания грунта вокруг анкерных фундаментов при УПВ 1,6 и 2,5 м. Оценим работу фундаментов без анкера и с анкером с вылетом анкерной плиты 0,6 м для климатических условий Ангарска при температурно-влажност­ном режиме сезона с октября 1964 г. по октябрь 1965 г. Предзимняя влажность грунтов составляла w = 0,3.

Теплофизические показатели грунта в зависимости от его влажности, плотности сухого грунта принимались по СНиП 2.02.04-88 и представлены в табл. 8.8. На рис. 8.40 показаны расчетные схемы для численного эксперимента.

Таблица 8.8


3102767247193634.html
3102788120518934.html
    PR.RU™