Причины возникновения неравномерных осадок

Формы деформаций зданий и сооружений

В зависимости от жесткости и характера развития неравномерных осадок в ЗиС могут возникнуть следующие виды деформаций: прогиб, выгиб крен, перекос, кручение и горизонтальные смещения.

Прогиб или выгиб ЗиС возникает при изгибе в результате неравномерной податливости оснований.

Крен или поворот, относительно вертикальной оси, роисходит в результате несимметричного нагружения или при несимметричном распределении свойств грунтов (напластовании) основания под подошвой фундамента.

Перекос образуется при неравномерных осадках основания, происходящих на участках небольшой протяженности.

Кручение возникает при различных кренах сооружения по его длине. При такой форме деформирования дополнительные усилия в конструкциях образуются в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Горизонтальные смещениявозможны в фундаментах, на которые опираются конструкции, передающие значительные горизонтальные усилия от распора. Подобный вид деформации возникает в подпорных стенках.

Суммарную осадку любого здания или сооружения в общем случае можно представить в виде суммы из пяти слагаемых:

S=S_УПЛ +S_РАЗУПЛ + S_ВЫП + S_РАССТР + S_ЭКСПЛ,

где S_УПЛ– осадка, происходящая в результате уплотнения грунтов, вследствие образования упругих и осадочных деформаций, сопровождающаяся уменьшением пористости грунта под нагрузкой от фундаментов;

S_РАЗУПЛ – осадка, образующаяся вследствие разуплотнения верхних слоев грунта, залегающих у дна котлована, в результате уменьшения напряженного состояния грунта из-за его разработки;

S_ВЫП – осадка выпирания, происходящая в результате выдавливания грунта из-под подошвы фундамента при развитии зон пластических деформаций;

S_РАССТР – осадка расструктуривания, возникающая вследствие нарушения природной структуры грунтов во время производства строительных работ, выражающаяся в увеличении сжимаемости;

S_ЭКСПЛ – осадка, образующаяся в период эксплуатации ЗиС, в результате просадки и(или) набухания грунтов.

Неравномерные осадки уплотнения обусловливаются неоднородностью грунтовых условий и неоднородностью напряженного состояния в основании.

Неоднородность основанияопределяется следующими факторами: наличием выклинивающихся слоев, линзообразным залеганием слоев грунта, различной толщиной пластов, неодинаковой плотностью сложения грунтов, передачей давления разными частями сооружения на разные по своим свойствам грунты оснований, неодинаковой уплотняемостью грунтов во времени, связанной с различной скоростью консолидации и ползучести под различными частями сооружения.

Неоднородность напряженного состояния грунтов в основании образуется вследствие следующих причин: неравномерной загрузкой фундаментов, взаимным влиянием загруженных соседних фундаментов, а также неодновременностью их загрузки в процессе строительства и эксплуатации.

Неоднородные осадки разуплотнения развиваются, когда нагрузки от ЗиС меньше веса грунта, извлеченного при разработке котлована. Это объясняется тем, что при удалении грунта происходит разуплотнение грунтов под его поверхностью в результате снятия действовавших ранее напряжений от собственного веса грунта (разбухание). Неравномерность разуплотнения происходит в результате: большего разуплотнения грунтов под центральной частью котлована, чем по его краям и в углах; различной продолжительности разуплотнения грунтов основания под разными фундаментами; неодинакового поднятия дна котлована вследствие неоднородности основания и неравномерности изменения напряженного состояния грунтов.

Влияние осадок разуплотнения ощутимо при глубине котлована более 5 м и устройстве фундаментов нагрузка от которых вместе с обратной засыпкой существенно меньше веса вынутого из котлована грунта.

Неравномерные осадки выпирания. Осадки выпирания связаны с развитием пластических деформаций (местных сдвигов) грунта основания под подошвой фундаментов. Вследствие отсутствия решений, доведенных до инженерных расчетов, позволяющих определять осадки выпирания, давление по подошве фундаментов ограничивают величиной, при которой такие осадки незначительны. Причины развития неравномерных осадок выпирания те же, что и осадок уплотнения.

Неравномерные осадки расструктуривания связаны с неравномерным характером нарушения природной структуры грунта в процессе строительства. Нарушение структуры грунтов основания возможно по следующим причинам: от метеорологических воздействий, от воздействий грунтовых вод и газа, от динамических воздействий механизмов, в результате грубых ошибок строителей.

Метеорологические воздействия проявляются в расструктуривании грунтов в результате их промерзания и оттаивания, размягчения и набухания, высыхания и усадки.

Воздействие подземных вод и газа приводит к расструктуриванию грунтов в результате влияния гидростатического давления, гидродинамического давления, механической и химической суффозии, расширения и выделения растворенного газа.

Динамические воздействия механизмов и удары по дну котлованов могут приводить к нарушению структуры насыщенных водой пылевато-глинистых грунтов и пылеватых песков.

К грубым ошибкам строителей следует относить: перебор грунта и некачественная его обратная укладка; отрывка глубоких котлованов около ранее возведенных фундаментов, имеющих существенно меньшую глубину заложения, заблаговременная отрывка котлованов, затопление котлованов производственными и атмосферными водами.

Поскольку величины осадок связанных с расструктурированием грунтов прогнозировать невозможно, то во время производства строительных работ требуется сохранить естественную структуру грунтов основания.

Неравномерные осадки, образующиеся в период эксплуатации сооружения разделяют на следующие типы: уплотнение грунтов после начала эксплуатации сооружения; изменение уровня подземных вод; ослабление грунтов подземными и котлованными выработками; динамические воздействия на грунты основания; активность геодинамических процессов.