Определение допустимых давлений на грунты после реконструкции
|
В последние годы увеличилось число промышленных объектов, подвергаемых реконструкции, при которой, как правило, увеличиваются нагрузки, передаваемые на фундаменты. Кроме того, в отдельных случаях возникает необходимость усиления фундаментов вследствие их физического износа. Возрастание нагрузок вызывает необходимость увеличения размеров фундаментов и усиления основания. Однако указанные работы являются сложными, требуют больших материальных и трудовых затрат и, как правило, производятся в зданиях, где осуществляется технологический процесс. Поэтому возникают задачи изучения возможности передачи больших нагрузок на грунты основания без увеличения размеров фундаментов. Известно, что под действием длительно действующего статического, а иногда и циклического загружения основания свойства его могут изменяться во времени. С целью исследования изменения свойств грунтов во времени были изучены их характеристики в основании ряда сооружений текстильной промышленности со сроком эксплуатации до 115 лет. В процессе эксплуатации указанные здания неоднократно реконструировали, что приводило к увеличению давления на грунт В качестве примера на рис. 6.8 показано изменение значения m (отношение фактического давления pt на грунт в данный момент к расчетному давлению R, определенному по СНиП 2 02 01—83) во времени, а в табл. 62 приведены давления в начальной стадии эксплуатации р0 и в настоящее время pt для некоторых сооружений.  Из табл. 6.2 можно сделать следующие выводы: - после окончания строительства давление p0 по подошве фундаментов находилось в пределах 0,19—0,34 МПа; - давление p0 составляет 0,53—0,60R, определенного по СНиП 2.02.01—83 для данного вида грунта и размеров фундаментов; - в процессе эксплуатации в результате реконструкции давление по подошве фундаментов возросло до 0,46—0,94 МПа, т. е. увеличилось в 2,1—2,72 раза; - фактическое давление по подошве фундаментов превышает расчетное в 1,23—1,88 раза. Следует отметить, что увеличение давления по подошве фундаментов не вызвало деформаций сооружений и не нарушило их эксплуатационную пригодность.   На рассмотренных площадках были определены некоторые характеристики грунта в природном залегании и грунта в основании фундаментов после их длительного загружения. В частности, штампом с кольцевой пригрузкой был определен модуль общей деформации. На рис. 6.9 приведены результаты испытаний штампами грунта природного сложения и грунта в основании фундаментов сооружений на комбинатах «Красная Роза» и «Красный Октябрь». Следует отметить, что на комбинате «Красная Роза» давление по подошве сооружения в процессе 70-летней эксплуатации возросло до 0,48 МПа, при этом оно действует на грунт в течение незначительного времени, в то время как на комбинате «Красный Октябрь» оно достигло 0,62 МПа. Из рис. 6.9 видно, что осадка штампа на грунте, находившемся под длительным загружением, значительно меньше, чем на грунте природного сложения. Это по утверждается данными табл. 6 3, где приведены отношения осадок штампов на грунте, уплотненном длительной нагрузкой sc, и на природном грунте s.  Приведенные в табл. 6.3 данные показывают, что осадки штампов на грунте, уплотненном длительной нагрузкой, составляют в первом случае 0,13—0,21, а во втором — 0,26—0,61 их осадок на природном грунте. При этом меньший предел соответствует нагрузке, не превышающей той, при которой грунт находится под длительным уплотнением в процессе эксплуатации. Таким образом, осадки штампов на уплотненном грунте при нагрузках, не превышающих нагрузку длительного уплотнения, составляют для мелких песков 0,16, а для песков средней крупности 0,57 их осадки на природном грунте. Это отношение зависит от гранулометрического состава грунтов, их начальной плотности и других факторов. Испытания позволили выявить характер изменения во времени модуля общей деформации под действием нагрузки. В табл. 6.4 приведены отношения модуля деформации грунта, уплотненного в процессе эксплуатации, к модулю неуплотненного грунта при различном давлении по подошве штампа.  Из табл. 6.4 видно, что в процессе длительного загружения грунта в основании модуль его деформации значительно увеличился. Это обусловлено уплотнением грунта под действием возрастающей нагрузки, а также вибрациями, возникающими от работы технологического оборудования. В то же время полученные данные показывают, что возрастание модуля деформации происходит более интенсивно, чем уменьшение пористости, поэтому объяснить это только уплотнением грунтов невозможно. Существенному увеличению модуля деформации способствуют физико-химические процессы, протекающие на контактах твердой фазы грунта. В наибольшей степени эти процессы проявляются по мере увеличения дисперсности грунта. Поэтому интенсивность возрастания модуля деформации и его абсолютные значения в мелких песках больше, чем в песках средней крупности. Однако процесс увеличения модуля деформации практически стабилизировался несмотря на то, что нагрузка, например на мелкие пески, в последние годы возросла. Это косвенным образом подтверждает существенное влияние физико-химических явлении на процесс упрочнения песка, которые в наибольшей мере проявляются при максимальных значениях передаваемого давления. Таким образом, при необходимости обоснования допустимого увеличения нагрузки на основание возведенных сооружений недостаточно изучить только состояние грунта, следует также провести его испытания непосредственно в основании фундаментов. Кроме сжимаемости происходит изменение во времени и других свойств. Так, на рис. 6.10 показаны изменения коэффициента пористости, угла внутреннего трения и коэффициента неоднородности песчаного грунта, образцы которого отбирали из массива, расположенного ниже подошвы фундаментов зданий. Эти данные показывают, что в результате структурных процессов происходит изменение не только физических характеристик, но и механического состава грунта. Проведенные исследования подтверждают, что характеристики песчаных грунтов изменяются следующим образом: коэффициент пористости снижается на 16—22%; угол внутреннего трения увеличивается на 11 %; удельное сцепление возрастает в 10 раз. Этому улучшению свойств грунтов способствует ступенчато-возрастающее загружение, длительность действия нагрузки, а также физико-химические процессы, приводящие к упрочнению грунта При необходимости увеличения нагрузок на основание существующих фундаментов расчетное сопротивление должно назначаться с учетом фактических характеристик уплотненного под нагрузкой грунта. Однако их определение представляет известные трудности, так как образцы грунта требуется отбирать из-под подошвы фундамента Поэтому могут быть использованы косвенные приемы определения этих характеристик Так, по данным многочисленных исследований свойств песчаных грунтов, уплотненных нагрузкой от фундаментов, получены эмпирические формулы, позволяющие определить угол внутреннего трения и удельное сцепление в зависимости от длительности загружения:  Используя новые характеристики грунта, по формулам (6.1) и (6.2) определяют расчетное сопротивление основания R. Таким образом, получаем повышенное расчетное сопротивление основания с учетом упрочнения грунта во времени. Однако, как отмечалось, упрочнение приводит к уменьшению сжимаемости, что позволяет дополнительно увеличить расчетное сопротивление основания. В конечном счете расчетное сопротивление основания  |
