Рекомендации по проектированию фундаментов на закарстованных территориях

Обновлено: 21.05.2024

Методика расчета фундаментов заглубленных сооружений на закарстованных территориях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Готман А.Л., Готман Н.З., Каюмов М.З.

Представлена методология расчета плитных фундаментов зданий с заглубленной подземной частью на закарстованных территориях, основанная на принципиально новом подходе к оценке расчетных параметров карстовых деформаций. Приведены данные исследований для условий карстующихся грунтов, перекрываемых глинистыми грунтами.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Методика расчета фундаментов заглубленных сооружений на закарстованных территориях»

Научно-технический и производственный журнал

УДК 624.153.61: 699.8: 551.48

А.Л. ГОТМАН, д-р техн. наук, Н.З. ГОТМАН, д-р техн. наук, М.З. КАЮМОВ, инженер, ГУП институт «БашНИИстрой» (Уфа, Республика Башкортостан)

Методика расчета фундаментов заглубленных сооружений на закарстованных территориях

Ключевые слова: фундаментная плита, заглубленное сооружение, карстовая полость.

В настоящее время в крупных городах все труднее найти удобную для строительства площадку с хорошими инженерно-геологическими условиями. В таких условиях приходится осваивать площадки, считавшиеся ранее непригодными для строительства. К ним относятся и закар-стованные территории.

При проектировании зданий и сооружений на закарсто-ванных территориях в соответствии с действующими нормативными документами необходимо предусматривать мероприятия по противокарстовой защите, которые подразделяются на три группы: профилактические, конструктивные, геотехнические. Профилактические мероприятия по про-тивокарстовой защите, как правило, выполняются во всех случаях, независимо от результатов районирования по карстовой устойчивости и зонирования по степени опасности карстообразования. Конструктивные и геотехнические мероприятия по противокарстовой защите зданий проектируются на основе расчетов, в которых основными расчетными параметрами являются расчетный диаметр карстового провала и деформативность основания при образовании карстового провала.

Определение расчетного диаметра карстового провала возможно двумя способами: расчетно-теоретическим методом либо на основе вероятностно-статистического метода, что и рекомендовано нормативными документами [1, 2]. Эти способы успешно применяются для расчета фундаментов мелкого заложения. Однако они учитывают лишь гидрогеологические условия площадки строительства и прочностные характеристики грунтов, а характеристики здания (нагрузка, глубина заложения фундамента) и изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) толщи грунтов, вызванных строительством, никак не учитываются.

Для фундаментов заглубленных сооружений, которые расположены гораздо ближе к подземным карстовым полостям, нежели мелкозаглубленные, размер карстового обрушения под фундаментом в большей степени зависит от нагрузки, передаваемой на основание фундамента, свойств покровной толщи, глубины залегания карстующихся грунтов, расстояния от подошвы плиты фундамента до карстую-щихся грунтов, фактических размеров подземных карстовых полостей. Поэтому при расчете конструктивных и гео-

технических мероприятий по противокарстовой защите подземных сооружений традиционные методы оценки размеров карстовых деформаций применять опасно (рис. 1).

Известно, что рост полости в карстующихся грунтах сопровождается последовательными внутренними вывалами [3]. Затем происходит выход полости на поверхность в виде провала. Для мелкозаглубленных зданий диаметр этого провала можно спрогнозировать. Для подземных сооружений существующие методы определения расчетного диаметра провала не позволяют учесть их особенности (заглубление и нагрузку). В этом случае в качестве расчетного параметра целесообразно использовать размер карстовой полости в карстующихся грунтах. При этом следует руководствоваться следующими соображениями.

Если за нормативный срок эксплуатации здания карстовая полость не достигает размеров, при которых происходит провал, то появление карстового провала в основании здания маловероятно и расчет фундаментов на карстовый провал можно не производить. В этом случае плитные фундаменты подземных сооружений следует рассчитывать с учетом дополнительных карстовых деформаций основания, вызванных образованием карстовой полости в карсту-ющихся грунтах. В качестве расчетного параметра в таком

Рис. 1. Здание над карстовой полостью: а — мелкозаглубленное; б — с заглубленной подземной частью

Научно-технический и производственный журнал

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Рис. 2. Результаты численных исследований: а — изменение давления; б — изменение осадки; 1 — д3; 2 — д5; 3 — д10

случае будет выступать расчетный диаметр карстовой полости - это максимальный диаметр полости в карстующих-ся грунтах, при котором свод полости и покровная толща сохраняют устойчивость.

Если же за время эксплуатации здания возможно появление полости больше расчетного диаметра, то вероятно образование карстового провала. Рекомендаций по размерам провала в основании подземных сооружений в нормативной литературе не существует, и размер провала трудно спрогнозировать. Поэтому с целью недопущения образования карстового провала необходимо проектирование про-тивокарстовых мероприятий, исключающих развитие карстового процесса или его влияние на конструкции здания, то есть укрепление карстующихся слоев и дезинтегрированных зон грунта цементацией.

Расчет плитных фундаментов, как правило, выполняется с использованием широко распространенной модели переменного коэффициента постели. Коэффициент постели определяется как отношение давления на основание под подошвой плиты к осадкам фундамента. При образовании карстовой полости в карстующихся грунтах основание под подошвой будет получать дополнительные деформации (карстовые), а давление под плитой - падать. Соответственно коэффициент постели тоже изменится. Поэтому, зная изменение осадки и давления при образовании карстовой полости, можно вычислить, насколько снизится коэффициент постели основания над карстовой полостью.

Основным параметром, влияющим на степень снижения коэффициента постели, является расчетный диаметр карстовой полости. Расчетный диаметр полости следует определять математическим моделированием с учетом фактических параметров подземного сооружения (нагрузка, заглубление) и инженерно-геологических условий [4].

С целью определения изменения коэффициента постели основания при образовании карстовой полости были проведены численные исследования методом математического моделирования фундаментной плиты заглубленно-

го сооружения с использованием программного комплекса Plaxis 3D. По результатам математического моделирования определены осадки основания и давление под подошвой фундаментной плиты в условиях нормальной эксплуатации и после образования карстовой полости. Всего выполнено 216 расчетов. В расчетах варьировались следующие исходные данные: заглубление здания (от 5 до 15 м), глубина карстующихся грунтов (от 20 до 40 м), диаметр карстовой полости в карстующихся грунтах (от 3 до 10 м), а также нагрузка от здания, жесткость фундаментной плиты и модуль деформации покровной глинистой толщи.

Все эти параметры с разной степенью влияют на величину карстовых деформаций и изменение давления под подошвой плиты. С целью определения влияния каждого из параметров на дополнительные осадки и изменение давления под подошвой фундаментной плиты при образовании карстовой полости проведен анализ результатов численных исследований. На рис. 2 показаны результаты расчета для одного из вариантов исходных данных, при этом приняты следующие обозначения: t - толщина фундаментной плиты; hг - глубина карстующихся грунтов; hк - глубина котлована; д3, д5, д10 - диаметр 3, 5, 10 м соответственно карстовой полости; АР - изменение давления под центром подошвы фундаментной плиты при образовании карстовой полости; Р - первоначальное давление под центром подошвы фундаментной плиты (до образования карстовой полости); Аб - дополнительная деформация под центром подошвы фундаментной плиты при образовании карстовой полости; б - первоначальная осадка под центром подошвы фундаментной плиты (до образования карстовой полости).

Как видно из графиков на рис. 2, существует устойчивая связь между заглублением подземных сооружений, жесткостью фундаментной плиты, глубиной карстующихся грунтов, диаметром карстовой полости и дополнительными осадками и изменением давления под подошвой плиты. После аппроксимации полученных данных получены следующие зависимости:

Научно-технический и производственный журнал

Рис. 3. Схема расчета карстозащитных плитных фундаментов зданий с заглубленной подземной частью: hк — заглубление здания; hг — глубина расположения карстующегося слоя

А Р_ (0,87 - 0,026 • tXdp - 2,5)

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где dp - расчетный диаметр полости.

Коэффициент постели основания плиты (K) в условиях нормальной эксплуатации при давлении P равен К = P/S, а после образования карстовых деформаций (Kx) равен Kx = Px/Sx, где Px, Sx - общее давление и осадка основания под плитой после образования карстовой полости.

Коэффициент снижения коэффициента постели основания над карстовой полостью:

Выразив в формулах (1) и (2) Аб через бх и б, а АP через Px и Р, после небольших преобразований получим:

/у-/у-(0,87 - 0,026 • I )«Ур - 2,5); (4)

Таким образом, при расчете плитного фундамента здания с развитой подземной частью коэффициент постели основания рекомендовано принимать с учетом снижающего коэффициента При этом радиус зоны (И) снижения коэффициента относительно центра карстовой деформации предлагается определять по формуле:

где ч> - угол внутреннего трения грунта покровной толщи.

Следует отметить, что при размерах карстовой полости меньше 3 м и отношении заглубления здания к глубине расположения карстующихся грунтов меньше 0,3 (подошва фундаментной плиты расположена далеко от слоя карстую-щихся грунтов), карстовые деформации под фундаментом

практически отсутствуют. В таком случае расчеты на возможные карстовые деформации не выполняются.

В соответствии с вышеизложенным расчет плитных фундаментов подземных сооружений на закарстованных территориях рекомендуется вести по схеме на рис. 3.

Данная методика применена при проектировании торгово-сервисного комплекса «Кувыкинский» в Уфе (Республика Башкортостан). Таким образом, в результате выполненных исследований:

- разработан метод оценки коэффициента постели основания заглубленного сооружения, ослабленного карстовой полостью, в зависимости от прогнозируемого расчетного диаметра карстовой полости в карстующихся грунтах;

- расчетный диаметр карстовой полости в карстующихся грунтах рекомендован в качестве основного расчетного параметра для расчета плитных фундаментов заглубленных сооружений на закарстованных территориях;

- разработана методика проектирования карстозащитных плитных фундаментов заглубленных сооружений, учитывающая параметры сооружения (заглубление, жесткость фундаментной плиты) и прогнозируемый расчетный диаметр карстовой полости в карстующихся грунтах.

1. Рекомендации по проектированию фундаментов на закарстованных территориях. М.: НИИОСП им. Н.М. Герсе-ванова Госстроя СССР, 1985. 78 с.

2. ТСН 302-50-95 «Инструкция по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации зданий и сооружений на закарстованных территориях». Уфа: Госстрой РБ, 1996. 40 с.

3. Толмачев В.В., Троицкий Г.М., Хоменко В.П. Инженерно-строительное освоение закарстованных территорий. М.: Стройиздат, 1986. 176 с.

4. Готман Н.З., Каюмов М.З. Численное моделирование роста карстовой полости в карстующихся грунтах // Известия вузов. Строительство. 2011. № 5. С. 107-111.

12.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

К карстовым районам относятся территории, в геологическом разрезе которых присутствуют растворимые горные породы и возможны поверхностные и подземные проявления карста. Основные типы карста, выделяемые по литологическому признаку, следующие:

– карбонатный карст (известняковый, доломитовый, меловой) — распространен широко; в естественных условиях растворение пород происходит медленно; опасность представляют существующие до начала освоения территории развитые карстовые формы; активизация карстовых процессов возможна при увеличении скоростей фильтрации подземных вод, при повышении их агрессивности; меловой карст представляет опасность при сооружении объектов со значительными утечками воды и других агрессивных жидкостей;
– сульфатный карст (часто встречается в сочетании с карбонатным) — распространен достаточно широко; развивается быстрее, чем карбонатный;
– соляной карст (встречается преимущественно с сульфатным, реже с карбонатным) — в благоприятных гидрогеологических условиях развитие ограничено и в основном приурочено к кровле и краевым участкам залежей; строительство рекомендуется выносить за пределы опасных участков, при этом следует учитывать возможность активизации карстования, вследствие нарушения гидрогеологического баланса на участке.

Основные типы карстовых деформаций земной поверхности:

– провалы (возникают обычно внезапно) — представляют главную опасность для сооружений в карстовых районах; в основном вызываются обрушением кровли карстовых полостей в результате гравитационного обвала или карстово-суффозионного разрушения внутренних поверхностей карстовых полостей; контур провалов имеет резкое очертание в плане с разрывом сплошности грунтов на земной поверхности и по глубине; в зависимости от свойств покровных слоев грунтов борта провалов могут иметь различную крутизну; свежие провалы в глинистых грунтах могут иметь вертикальные и даже нависающие стенки, имеющие тенденцию к обрушению, а следовательно, и к увеличению периметра провала по земной поверхности.
– оседание земной поверхности (локального характера или по площади различного размера) — обычно вызывается растворением пород в трещиноватых зонах или на контакте кровли карстующихся пород с другими породами, обладающими фильтрационными свойствами; отсутствует резкое очертание зон оседания, в плане; отсутствуют явные разрывы сплошности земной поверхности по контуру зон оседания.

ТАБЛИЦА 12.10. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОТИВОКАРСТОВЫХ МЕРОПРИЯТИИ

Тип мероприятия	Группа мероприятия	Подгруппа мероприятия	Вид мероприятия	Период применения
Влияние на естественный ход карстового процесса	Уменьшение интенсивности растворения	Воздействие на карстующиеся породы	Противофильтрационные завесы, горизонтальные и вертикальные	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Организация стока поверхностных вод	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Гидроизоляционное покрытие территории (участка)	Б, В
	Воздействие на механизм карстовых деформаций	Воздействие на карстующиеся породы	Уплотнение зоны карстового проявления с заполнением воронки обрушения	А, В
			Заполнение полостей тампонажными растворами	А, В
			Закрепление трещиноватых и разрушенных зон тампонажными растворами	А, В
		Воздействие на покрывающую толщу пород	Инжектирование воды с целью искусственной активизации карстования	А
			Применение армированного грунта	А
			Закрепление основания корневидными буронабивными сваями	Б, В
			Закрепление грунта, заполняющего погребенные карстовые формы в покрывающей толще пород	А, В
			Вертикальная планировка участка, обеспечивающая отвод поверхностных вод от сооружения	А, Б, В
Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса	Планировочное решение на территории	Рациональное размещение объектов строительства	Расположение объектов за пределами участков обрушения полостей и поверхностных карстовых форм	Б
			Расположение объектов на менее опасных участках	Б
			Ориентация сооружений в зависимости от параметров карстовых форм	Б
			Регулирование плотности застройки	Б
		Выбор рациональной формы здания	Рациональная компоновка объектов в плане	Б
		Выбор рациональной формы здания	Изменение высоты (этажности) сооружения	Б, В
	Конструктивные мероприятия	Учет статических схем несущих конструкций сооружения	Выбор рациональной конструктивной схемы сооружения	Б
			Изменение статической схемы сооружения	В
			Сокращение числа температурных и деформационных швов (при карстовых провалах, воронках) до минимума	Б, В
			Разрезка на укороченные отсеки (при мульде оседания)	Б, В
		Использование жесткой конструктивной схемы сооружения (усиление)	Введение дополнительных связей в каркасные конструкции	Б, В
			Горизонтальное армирование (пояса, тяжи)	Б, В
			Усиление несущих элементов конструкций армированными обоймами, рубашками	Б, В
		Использование податливой конструктивной схемы сооружения	Устройство дополнительных шарнирных связей в каркасных конструкциях	Б, В
		Использование податливой конструктивной схемы сооружения	Устройство податливых соединений крупнопанельных, крупноразмерных элементов сооружения	Б
Защита зданий и сооружений без воздействия на естественный ход карстового процесса	Конструктивные мероприятия	Конструктивное решение фундаментов	Монолитное или сборно-монолитноерешение железобетонных фундаментов (ленты, перекрестный ленты, коробчатые фундаменты, плиты )	Б
			Увеличение площади опирания фундамента с целью уменьшения контактного давления на основание	Б, В
			Развитие фундаментов за пределы периметра сооружения (консольные, П-образные выступы)	Б
			Устройство фундамента, ограничивающее возможность превращения провала в воронку	Б
			Устройство горизонтальный связей в фундаментах	Б
			Устройство фундаментов с подпругами	Б, В
			Поддомкрачивание с целью выправления сооружения	Б, В
			Устройство кустов висячих свай с резервным их числом: выполнение ростверка, обеспечивающего выпадение свай при провале	Б
			Прорезка карстующихся пород сваями-стойками	Б
			Прорезка толщи карстующихся пород глубокими опорами	Б
	Контроль за процессом развития карста	Выполнение в массиве пород	Использование глубинных грунтовых марок в покровной толще пород	А, Б, В
		Выполнение в массиве пород	Организация сети наблюдательных гидрогеологических скважин (за уровнем, скоростью и направлением движения подземных вод; за химическим составом подземных вод)	А, Б, В
		Выполнение на дневной поверхности	Инструментальный контроль за оседаниями земной поверхности	А, Б, В
			Наблюдение за деформациями конструктивных элементов сооружений	Б, В
			Визуальное наблюдение за состоянием несущих и ненесущих конструкций	Б, В
			Использование маяков, устанавливаемых на трещинах в конструкциях	В
Уменьшение влияния хозяйственной деятельности на развитие карстового процесса	Снижение интенсивности растворения карстующихся пород	Уменьшение водообмена	Устройство закрытой дождевой и промышленной канализации	Б, В
			Предотвращение утечек агрессивных производственных стоков	Б, В
			Ограничение откачек трещиннокарстовых вод	В
		Снижение агрессивности подземных вод	Исключение сброса химически агрессивных по отношению к карстующимся породам производственных и бытовых сточных вод	В
	Воздействие на механизм карстового процесса	Ограничение изменений напоров и уровней подземных вод	Ограничение и регулирование добычи полезных ископаемых подземным растворением пород	В
		Ограничение изменений напоров и уровней подземных вод	Регулирование откачек подземных вод	Б, В
		Ограничение динамического воздействия	Ограничение источников вибрации	Б, В
		Ограничение динамического воздействия	Ограничение взрывных работ	Б, В

Условные обозначения: А — мероприятия, применяемые до начала строительства объектов; Б — то же, в период строительства объектов на площадке: В — то же, в период эксплуатации объектов как в качестве профилактических (контроль, наблюдения) мер, так и в качестве мер по усилению и восстановлению конструкций.

Кроме провалов и оседаний земной поверхности в карстовых районах необходимо учитывать поверхностные и погребенные карстовые формы (воронки, впадины и т.д.) древнего происхождения, нередко заполненные отложениями с пониженной несущей способностью (торф, слабые грунты и т.п.).

В зависимости от залегания карстующихся пород выделяют:

– по отношению к уровню подземных вод — карстующиеся породы, залегающие в зоне аэрации, в зоне постоянного водонасыщения, в зоне аэрации и постоянного водонасыщения;
– по отношению к земной поверхности — открытый карст (карстующиеся породы не перекрываются слоями нерастворимых пород); покрытый карст (карстующиеся породы перекрываются слоями нерастворимых пород), в последнем случае учитываются глубина залегания карстующихся пород и свойства перекрывающих пород для оценки степени карстоопасности застраиваемой территории и надежности проектируемых карстозащитных мероприятий.

При проектировании сооружений в карстовых районах необходимо выполнять следующие требования: предотвращать или сводить до минимума возможность катастрофических разрушений и обеспечивать достаточную безопасность для жизни людей; снижать до минимума стоимость строительства и эксплуатации с учетом возможного ущерба от карстовых явлений и расходов на специальные изыскания, противокарстовые мероприятия и ремонтно-восстановительные работы.

Требования, предъявляемые к строительству в закарстованных районах, могут быть обеспечены следующим: влиянием на естественный ход карстования путем снижения интенсивности растворения карстующихся пород или воздействия на механизм карстовых деформаций; уменьшением вредного влияния хозяйственной деятельности на ход развития карстования; защитой строительных объектов планировочным решением на территории, конструктивными мероприятиями, контролем за процессом развития карстования и за деформациями поверхности участка и возведенных сооружений. Классификация противокарстовых мероприятий приведена в табл. 12.10.

В качестве исходных данных для проектирования сооружений на закарстованной территории принимаются:

– данные районирования по типу поверхностных форм (провалы, оседания) и категории карстоопасности территории на основе среднегодового количества карстовых проявлений, отнесенных к 1 км 2 площади рассматриваемой территории (табл. 12.11);
– величины ожидаемых карстопроявлений на земной поверхности в период эксплуатации объекта (размеры провальных воронок и зон оседаний в плане и по глубине);
– физико-механические характеристики грунтов естественного сложения, служащих основанием для строящихся объектов, и прогнозируемое их изменение в результате проявления карстовых форм на земной поверхности.

ТАБЛИЦА 12.11. РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ХАРАКТЕР ЗАСТРОЙКИ

Категория устойчивости территории	Среднегодовое количество карстовых проявлений на 1 км 2 поверхности территории	Характер строительства
Категория устойчивости территории		жилищно-гражданского	промышленного
I — очень неустойчивая	1,0 и более	Капитальное строительство не рекомендуется	Строительство не рекомендуется
II — неустойчивая	От 0,10 до 1,0	То же	Допускается строительство неответственных зданий и сооружений с применением противокарстовых мероприятий. Строительство ответственных и особо ответственных сооружений не рекомендуется
III — недостаточно устойчивая	От 0,05 до 0,10	Строительство допускается в исключительных случаях с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования	Допускается строительство ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования и неответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий
IV — несколько понижено устойчивая	От 0,10 до 0,05	Допускается строительство с применением противокарстовых мероприятий	Допускается строительство особо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий при наличии специального обоснования, ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий и неответственных сооружений с ограниченным применением противокарстовых мероприятий
V — относительно устойчивая	Менее 0,05	Допускается любое строительство с применением минимального комплекса противокарстовых мероприятий	Допускается строительство особо ответственных сооружений с применением противокарстовых мероприятий, а также ответственных и неответственных сооружений без применения противокарстовых мероприятий

Данные районирования по территории карстоопасности, типы и размеры поверхностных карстовых форм, свойства грунтов основании, а также карстующихся и покровных пород определяются на основании инженерно-геологических изысканий анализа наблюдений за карстопроявлениями в аналогичных инженерно-геологических условиях.

В качестве примеров на рис. 12.18 и 12.19 приведены конструкции фундаментов на закарстованных территориях.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 14

1. Гинзбург Л.К. Противооползневые удерживающие конструкции. — М.: Стройиздат, 1979. — 80 с.

3. Моргулис М.Л., Иванова Л.И. Таблицы и графики для построения контуров откосов и определения напряжений в теле грунтового массива. — В кн.: Сборник трудов Фундаментпроекта. М., 1973. — с. 41-53.

14.3.7. Определение давления грунта на удерживающие сооружения на откосе

Если в грунтовом массиве нет выраженной поверхности сдвига, то давление грунта на удерживающее сооружение определяется по формулам, приведенным в гл. 7. При выраженной поверхности сдвига в грунтовом массиве (контакты пластов, тектонические зоны, подошва оползневого тела) давление на удерживающее сооружение определяется подобно расчетам откосов с разбивкой оползающего отсека грунтового массива на элементы [1].

14.3.6. Расчет устойчивости отсека грунтового массива против сдвига по выбранной поверхности

Расчетная схема 1 (поверхность произвольной формы). Рассматриваемая поверхность аппроксимируется ломаной поверхностью. Отсек грунтового массива разбивается вертикальными линиями на элементы так, чтобы основание каждого элемента было плоским и однородным с постоянными в пределах элемента характеристиками φ и с . Рассматриваются три уравнения равновесия сил, действующих на элемент отсека (см. схему 1 табл. 14.3):

14.3.5. Основные принципы определения требуемого контура откоса в сложных условиях

Вышеприведенные графики могут быть использованы также для построения контуров откосов первоначального рабочего профиля в неоднородных грунтовых условиях с последующим поверочным расчетом по принятой (одной из приводимых ниже) расчетной схеме.

14.3.4. Определение ширины призмы обрушения откоса

Ширина по верху призмы обрушения откоса может быть определена с помощью рис. 14.11, составленного, как и предыдущие графики, на основании решений В. В. Соколовского [4] и таблиц института Фундаментпроект [3].

14.3. Методы и примеры расчетов

14.3.1. Общие сведения

14.2. Исходные данные для проектирования

14.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Техническое задание на проектирование должно включать следующие данные: границы района (участка), подлежащего рассмотрению в проекте; предполагаемое использование территории, прилегающей к откосам, и самих откосов для технологических, культурных и строительных целей; характеристику строительства зданий и сооружений; места возможного сброса поверхностных и дренажных вод; места возможного складирования материалов и размещения отвалов грунта; материалы изысканий, содержащие:

Глава 14 Устойчивость откосов

Глава 14 УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСОВ

14.1. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ

Задачи обеспечения устойчивости откосов возникают при проектировании земляных сооружений и выемок (котлованов, траншей, карьеров и др.), при использовании склонов или присклоновой территории для промышленного, транспортного, гражданского или другого строительства, при защите различных объектов от оползней и обвалов и т.п.

Список литературы к главе 12

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛАВЕ 12

1. Рекомендации по сейсмическому микрорайонированию (РСМ-73). — В кн.: Влияние грунтов на интенсивность сейсмических колебаний. М., Наука, 1973, с. 6 — 34.

2. Руководство по расчету и проектированию зданий и сооружений на подрабатываемых территориях. — М.: Стройиздат, 1977. — 143 с.

Глава 12.3. Проектирование фундаментов на закарстованных территориях

12.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ НА ЗАКАРСТОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Индексы

В рекомендациях изложены предложения по конструктивным решениям фундаментов на закарстованных территориях, методики определения расчетных размеров карстовых провалов и воронок и вычисления переменного коэффициента жесткости закарстованного основания, даны указания по статическим расчетам на ЭВМ фундаментных плит и перекрестных лент, а также по оценке устойчивости фундаментных плит высоких сооружений при образовании карстовых воронок, приведены примеры расчета.

В приложениях к Рекомендациям даны классификация карстопроявлений для целей проектирования и противокарстовых конструктивных мероприятий.

Рекомендации разработаны в лабораториях механики грунтов (рук. лаборатории, доктор техн. наук, профессор К.Е.Егоров) и Естественных оснований и конструкций фундаментов (рук. лаборатории, доктор техн. наук, профессор Е.А.Сорочан).

Рекомендации составили: разделы 1 и 2 - канд. техн. наук Т.А.Маликова, инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений), канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС); раздел 3 - инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 4 - канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС), инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 5 - канд. техн. наук Т.А.Маликова (НИИ оснований и подземных сооружений); раздел 6 - канд. техн. наук Т.А.Маликова (НИИ оснований и подземных сооружений) и канд. техн. наук А.С.Сытник (ЧПИ); раздел 7 - канд. техн. наук В.И.Обозов (ЦНИИСК); прил.1 - канд. геол.-минерал. наук В.П.Хоменко и канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС); прил.2 - инж. Г.М.Троицкий (НИИ оснований и подземных сооружений) и канд. техн. наук В.В.Толмачев (ПНИИИС).

Рекомендации одобрены секцией "Механика грунтов" НТС института.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Рекомендации распространяются на проектирование фундаментов зданий и сооружений, возводимых на закарстованном основании.

1.2. По настоящим рекомендациям рассчитываются фундаментные плиты и перекрестные ленты, лежащие на естественном закарстованном основании, а также на основании с заполненными пустотами.

1.3. Карстопроявления делятся на поверхностные деформации земной поверхности и подземные, тесно связанные между собой.

1.4. Механизм карстовых деформаций определяется инженерно-геологической и прежде всего гидрогеологической обстановкой, при оценке которой необходимо учитывать техногенное воздействие на карстовый процесс проектируемых и эксплуатируемых объектов.

1.5. Классификация карстопроявлений для целей проектирования противокарстовой защиты приведена в прил.1.

1.6. Виды карстовых деформаций в значительной мере определяют выбор рациональных статических и конструктивных схем зданий и сооружений, их оптимальные габариты, виды и объемы противокарстовых мероприятий, классификация которых дана в прил.2.

1.7. Основными и наиболее распространенными поверхностными карстовыми деформациями являются провалы и оседания. Карстовые просадки и проседания считаются промежуточными и встречаются значительно реже.

1.8. Основную опасность для большинства зданий и сооружений представляют провалы, защита от которых требует применения специальных методов проектирования и расчета.

1.9. Влияние проседаний на здания и сооружения во многом одинаково с воздействием провалов при сравнительно большой глубине проседаний (большей 0,25 м) или карстовых просадок при малой глубине проседаний (меньшей 0,25 м).

1.10. Карстопроявления могут изменяться в период эксплуатации зданий и сооружений.

1.11. Конструктивная защита зданий и сооружений может выполняться по жесткой, гибкой или промежуточной схеме в зависимости от характера сооружения и степени карстовой опасности.

1.12. Конструктивную защиту зданий следует сосредотачивать в фундаментной части. Увеличение или уменьшение жесткости верхней части здания рекомендуется выполнять в случаях, когда обычные решения не позволяют обеспечить безаварийную и безопасную эксплуатацию сооружения.

1.13. Строительство зданий и сооружений на отдельно стоящих столбчатых фундаментах не допускается.

1.14. Фундаментные конструкции должны выполняться из монолитного железобетона.

1.15. Конструктивные решения монолитных фундаментов неглубокого заложения могут быть в виде плоских или ребристых фундаментных плит, коробчатых и перекрестно-ленточных фундаментов. Допускается также устройство сборных ленточных фундаментов с монолитным противокарстовым поясом.

1.16. Для обеспечения необходимой жесткости и прочности фундаментов в краевых участках зданий и сооружений рекомендуется предусматривать консольные удлинения лент и уширения плит за пределы плана сооружения. Ленточные консоли по своим концам могут объединяться поперечной балкой, образуя в плане конструкции II- и III-образного очертания.

1.17. Длину балочных консолей нужно принимать не менее 0,7 прогнозируемого расчетного пролета фундамента (см. раздел 5). Плитную консоль рекомендуется удлинять на 0,4 расчетного пролета фундамента при условии, что ширина плиты не менее 1,5.

1.18. Применение висячих свай в качестве противокарстового решения не допускается. Короткие сваи могут применяться в исключительных случаях, когда это вызвано наличием значительной толщи слабых грунтов в верхних слоях основания.

Головы висячих свай нужно объединять общим ростверком. Узел соединения свай с ростверком должен предусматривать возможность их выскальзывания из ростверка с тем, чтобы исключить дополнительное нагружение зависающими сваями, находящимися на участке образовавшегося провала под фундаментом.

1.19. При неглубоком залегании карстующихся пород следует возводить здания и сооружения на глубоких опорах или сваях с обязательной прорезкой зоны активного карстования (зоны карстовых полостей) и заглублением в ненарушенные породы, определяемым по несущей способности пород, но не менее чем на 1 м. При расчете глубоких опор или свай по прочности необходимо учитывать возможность зависания обрушающихся пород в надкарстовой (покрывающей) толще.

1.20. В сооружениях значительной протяженности следует выполнять минимально необходимое количество швов в фундаментах. Разрезка здания вертикальными швами на независимо деформирующиеся отсеки также не рекомендуется.

1.21. При строительстве зданий на закарстованных территориях нужно применять специальные конструкции фундаментов, препятствующие превращению карстовых провалов в карстопровальные воронки.

1.22. При выборе площадок для строительства зданий и сооружений, а также вариантов противокарстовой защиты можно пользоваться категориями устойчивости закарстованных территорий, приведенными в табл.1 [1] либо в рекомендациях [2], с обязательным учетом прогнозируемых размеров поверхностных карстопроявлений.

1.23. При проектировании зданий и сооружений на территориях, где возможны оседания, целесообразно применять методику расчета зданий и сооружений на подрабатываемых территориях с учетом специфики карстовых деформаций, связанных с их механизмом и продолжительностью.

1.24. Конструктивную защиту зданий и сооружений от карстовых просадок рекомендуется проводить с использованием методики проектирования зданий и сооружений в условиях просадочных грунтов или подрабатываемых территорий (на воздействие типа "уступ") в зависимости от соотношения размеров в плане защищаемого объекта и размеров просадок.

2. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Размер карстового провала в плане (расчетный диаметр) является основным исходным параметром для проектирования противокарстовой конструктивной защиты.

2.2. Способы определения расчетного диаметра карстового провала зависят от полноты исходной информации о наличии и параметрах подземных карстовых форм в основании сооружений, физико-механических характеристиках грунтов по всему геологическому разрезу и других данных, определенных с учетом возможного изменения сведений за расчетный срок службы сооружения.

2.3. Под основанием в карстовых районах следует понимать зону грунтов и горных пород, глубина которой не менее глубины сжимаемой толщи и глубины возможного расположения подземных карстовых форм (прежде всего полостей), могущих проявиться на земной поверхности.

2.4. Положение и размеры возможных провалов при наличии необходимых исходных данных оцениваются расчетными методами, основывающимися на детерминистических моделях, с использованием в случае необходимости методов моделирования.

2.5. При недостаточности некоторых исходных данных расчетно-детерминистические методы могут быть применены для определения среднего и максимально возможного диаметра провала.

2.6. При недостаточности обязательных для расчета исходных данных рекомендуется принимать вероятностно-статистические методы прогноза размеров карстового провала.

2.7. Образование карстово-провальных форм на земной поверхности, а также под фундаментом здания или сооружения происходит в две фазы. На первой фазе мгновенно образуется провал с вертикальными или нависающими бортами. Развитие второй фазы происходит несколько медленнее и сопровождается обрушением неустойчивых бортов, которые принимают устойчивое наклонное положение (в сыпучих грунтах наклон бортов близок к углу естественного откоса), таким образом, первичный провал с крутыми бортами принимает форму конусообразной воронки. При небольшой глубине провала воронка приобретает форму перевернутого конуса с усеченной вершиной.

2.8. Расчет фундамента с учетом образования воронки в основании производится на основное сочетание нагрузок. При этом действующие нагрузки считаются длительными. Нагрузка от ветра не учитывается.

2.9. При расчете фундаментных плит и перекрестных лент на закарстованном основании допускается принимать модель основания в виде линейно-деформируемого слоя с воронкой у поверхности, имеющей форму шарового сегмента, с зоной разрыхленного грунта под воронкой.

2.10. Для упрощения расчета фундаментов, а также для учета неоднородности основания в плане модель линейно-деформируемого слоя заменяют эквивалентной по осадкам контактной моделью переменного коэффициента жесткости, определяемого по указаниям раздела 5.

2.11. За расчетные положения воронок под фундаментами принимаются места пересечения стен либо расположения колонн, находящиеся под центральной частью, углом, серединой большей и меньшей сторон здания.

Характеристика устойчивости закарстованных территорий для промышленного и гражданского строительства

Читайте также:

Рекомендации по проектированию фундаментов на закарстованных территориях

Методика расчета фундаментов заглубленных сооружений на закарстованных территориях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Готман А.Л., Готман Н.З., Каюмов М.З.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Готман А.Л., Готман Н.З., Каюмов М.З.

Текст научной работы на тему «Методика расчета фундаментов заглубленных сооружений на закарстованных территориях»