Расчет основания с откосом

Методы и виды прокладки газопровода

Данная статья рассказывает о методах и видах прокладки газопроводов. Материалы статьи основаны на требованиях ГОСТ Р 55472.

Виды прокладки газопровода

Проектирование газопроводов выполняют с учетом результатов инженерных изысканий, проводимых в соответствии с СП 47.13330.2016. Проектирование газопроводов в условиях, отнесенных к особым, осуществляют в соответствии с СП 62.13330.2011 (подраздел 5.6).

Выбор условий прокладки газопровода и расстояния по горизонтали и вертикали от газопровода до сетей инженерно-технического обеспечения, а также зданий, сооружений, естественных и искусственных преград предусматривают с учетом СП 62.13330.2011.

При необходимости перехода подземного газопровода в надземный нормативное расстояние от выхода газопровода из земли до зданий и сооружений принимают как нормативное расстояние для подземного газопровода соответствующего давления в соответствии с СП 62.13330.2011.

В местах пересечения газопроводов с дренажными трубами на последних предусматривают герметизацию отверстий и стыков на расстоянии по 2 м в обе стороны (в свету).

Глубину прокладки подземного газопровода принимают в соответствии с СП 62.13330.2011 (подраздел 5.2).

Проектирование газопроводов

Проектирование газопроводов проводят с учетом:

• СП 62.13330.2011 (пункт 5.6.6. а) — для скальных грунтов:
• СП 22.13330.2016 — для пучинистых, просадочных. набухающих и насыпных грунтов;
• СП 21.13330.2012 — для просадочных грунтов и для подрабатываемых территорий;
• СП 25.13330.2012 — для многолетнемерзлых грунтов;
• СП 14.13330.2014 — для сейсмических районов.

Прочность и устойчивость газопроводов, проектируемых для прокладки на подрабатываемых или эакарстованных территориях, а также на границах неравномерных деформаций грунтов, обеспечивают за счет:

• увеличения подвижности газопровода в грунте,
• снижения воздействия деформирующегося грунта на газопровод.

Для обеспечения подвижности газопровода в грунте и снижения воздействия деформирующегося грунта на газопровод предусматривают:

• применение компенсаторов, устанавливаемых в специальных нишах, предохраняющих компенсаторы от защемления грунтом,
• применение малозащемляющих материалов для засыпки траншей после укладки труб.

В качестве малозащемляющих материалов для засыпки траншей газопровода рекомендуется применять крупный или среднезернистый песок и другой грунт, обладающий малым сцеплением частиц.

Протяженность зоны защиты газопровода на подрабатываемых территориях определяют длиной мульды сдвижения, увеличенной на 150 наружных диаметров в каждую сторону от границы мульды сдвижения.

В грунтах с несущей способностью менее 0,025 МПа (неслежавшиеся насыпные или илистые грунты и т. п.), а также в грунтах с включением строительного мусора и перегноя (содержание от 10 % до 15 %) дно траншеи усиливают путем прокладки бетонных, антисептированных деревянных брусьев, устройства свайного основания, втрамбовыванием щебня или гравия или другими способами.

При прокладке газопроводов по местности с уклоном свыше 200 %о в проектной документации предусматривают мероприятия по предотвращению размыва засыпки траншеи, устройство противоэрозионных экранов и перемычек как из естественного грунта (например, глинистого), так и из искусственных материалов (обетонирование. шпунтовое ограждение и т. п.). нагорных канав, обвалований или другие мероприятия для отвода поверхностных вод от трассы газопровода; либо предусматривают надземную прокладку.

Выбор способа защиты определяют в каждом конкретном случае исходя из природных, грунтовых условий местности.

Мероприятия по защите территорий и сооружений от опасных геологических процессов

Мероприятия по защите территорий и сооружений от опасных геологических процессов проводят в соответствии с СП 116.13330.2012.

При прокладке подземных газопроводов в районах с многолетнемерзлыми грунтами избегают участков с подземными льдами, наледями и буграми пучения, проявлениями термокарста, косогоров с льдонасыщенными, глинистыми и переувлажненными пылеватыми грунтами. Бугры пучения следует обходить с низовой стороны.

Высоту прокладки надземного газопровода, проложенного в районах с многолетнемерзлыми грунтами, принимают с учетом рельефа и грунтовых условий местности и теплового взаимодействия. но не менее 0.5 м от поверхности земли в местах отсутствия прохода людей.

На участках надземных газопроводов, на которых происходит компенсация деформаций за счет перемещения трубы, высота прокладки должна быть выше максимального уровня снегового покрова не менее чем на 0.1 м.

Переходы газопроводов через естественные и искусственные преграды

Переходы газопроводов через естественные и искусственные преграды выполняют преимущественно бестраншейным способом, с учетом СП 62.13330.2011 (подразделы 5.4 и 5.5).

Переходы газопроводов через водные преграды предусматривают на основании данных инженерно-геологических, инженерно-геодезических (на судоходных — инженерно-гидрографических) изысканий с учетом условий эксплуатации существующих мостов, гидротехнических сооружений и экологии водоема в заданном районе.

Створы подводных переходов через реки, как правило, выбирают на прямолинейных устойчивых плесовых участках с пологими неразмываемыми берегами русла при минимальной ширине заливаемой поймы. Створ подводного перехода предусматривают, как правило, перпендикулярным к динамической оси потока, избегая участков, сложенных скальными грунтами. Устройство переходов на перекатах не допускается.

Места переходов через водные преграды выбирают в соответствии с СП 62.13330.2011 (подраздел 5.4).

При ширине водных преград при меженном горизонте 75 м и более подводные переходы предусматривают, как правило, в две нитки.

Вторая нитка может не предусматриваться при прокладке:

• закольцованных газопроводов, если при отключении подводного перехода обеспечивается бесперебойное снабжение газом потребителей;
• тупиковых газопроводов к потребителям, если потребители могут перейти на другой вид топлива на период ремонта подводного перехода;
• методом ГНБ или другим способом закрытой прокладки и при соответствующем обосновании
  принятого решения.

Для подводных газопроводов, предназначенных для снабжения газом потребителей, не допускающих перерывов в подаче газа, или при ширине заливаемой поймы более 500 м по уровню ГВВ 10 % обеспеченности и продолжительности подтопления паводковыми водами более 20 дней, а также для горных рек и водных преград с неустойчивым дном и берегами прокладывают вторую нитку.

При пересечении водных преград расстояние между нитками подводных газопроводов назначается исходя из инженерно-геологических, инженерно-геодезических (на судоходных — инженерно-гидрографических) изысканий, а также условий производства работ по устройству подводных траншей, возможности укладки в них газопроводов и сохранности газопровода при аварии на одной из ниток.

На пойменных участках переходов на несудоходных реках с руслом и берегами, не подверженными размыву, а также при пересечении водных преград в пределах поселений допускается предусматривать укладку ниток газопроводов в одну траншею.

Расстояние между газопроводами рекомендуется принимать не менее 0,4 м в свету при укладке в одну траншею.

Прокладку газопроводов на подводных переходах предусматривают с заглублением в дно пересекаемых водных преград. Величину заглубления принимают в соответствии с СП 62.13330.2011 (подраздел 5.4) с учетом возможных изменений русла и перспективных дноуглубительных работ на русловых участках в течение всего срока его эксплуатации (углубление дна. расширения, срезки, переформирование русла, размыв дна и берегов и т. п.).

На подводных переходах через несудоходные и несплавные водные преграды, а также в скальных грунтах разрешается уменьшение глубины укладки газопроводов, при этом верх газопровода (балласта. футеровки) во всех случаях должен быть не ниже отметки возможного размыва дна водоема на расчетный срок эксплуатации газопровода.

На участках с высоким уровнем грунтовых вод (пойменных, заболоченных), а также участках подводных переходов трассы на основании расчета предусматривают конструкции для балластировки (предотвращения всплытия). Для предохранения защитного покрытия стального газопровода или поверхности трубы полиэтиленового газопровода от повреждения под чугунными, железобетонными и тому подобными утяжелителями рекомендуется предусматривать защитное покрытие по ГОСТ 9.602—2016 (раздел 7), технические характеристики которого обеспечивают безопасность эксплуатации газопровода.

При проектировании подводных переходов и газопроводов, прокладываемых в водонасыщенных грунтах, а также других участков с возможным и постоянным обводнением, болотах различных типов, поймах и так далее, проводят расчет устойчивости положения (против всплытия) и необходимости балластировки газопровода в соответствии с СП 42-102-2004 и СП 42-103—2003.

При выборе способа прокладки газопровода через болота основываются на обеспечении надежности и безопасности, удобстве обслуживания и экономической обоснованности. Прокладка по болотам и заболоченным участкам должна предусматриваться, как правило, прямолинейной, с минимальным числом поворотов.

В болотах I и II типов применяют подземную, наземную с обвалованием или надземную прокладку. В болотах III типа газопроводы рекомендуется прокладывать надземно. Тип болот определяют в соответствии с СП 86.13330.2014.

Наземная прокладка газопроводов

Наземную прокладку, как правило, предусматривают:

• в болотах, не примыкающих к затопляемым поймам рек:
• при продольном и поперечном уклоне болот, но превышающем 10 %;
  в болотах, не подлежащих осушению;
• при возможности укладки газопровода в горизонтальных и вертикальных плоскостях естественным изгибом.

Обвалование наземных газопроводов выполняют песчаным грунтом с откосами не менее 1:1.25 и устройством под газопроводом двухслойной хворостяной выстилки, уплотненной слоем песчаного грунта. Высоту обвалования принимают по результатам теплотехнического расчета. Поверх песчаной присыпки допускается устраивать обвалование минеральным грунтом.

Подземная прокладка газопроводов

При подземной прокладке рекомендуется руководствоваться следующими положениями:

• газопровод прокладывается в горизонтальной и вертикальной плоскостях с помощью естественного изгиба:
• балластировка (закрепление) газопровода осуществляется анкерами винтового типа или утяжелителями.
• распределенными по длине газопровода, требующей сохранения проектного положения.

При закреплении газопроводов анкерными устройствами лопасти анкеров не должны находиться в
слое торфа или заторфованного грунта, не обеспечивающем надежное закрепление анкеров.

Укладка газопроводов по болотам и заболоченным участкам предусматривается:

• на болотах I типа при мощности торфяного слоя:
• более 0.8 глубины промерзания — в торфяном слое:
• менее 0.8 глубины промерзания — в траншее минерального основания, но не менее 1,0 м от
  верха трубы;
• на болотах II и III типов, независимо от мощности торфяного слоя. — в траншее минерального
  основания, но не менее установленных СП 62.13330.2011

Надземная прокладка газопроводов допускается на всех типах болот при наличии сваебойной техники, а на болотах III типа — также специальной техники.

Пересечение газопроводами железнодорожных путей осуществляют в соответствии с СП 227.1326000.2014. СП 119.13330.2012.

Пересечение газопроводами ЛЭП и дорог

Пересечение газопроводами ЛЭП напряжением 110 кВ и выше осуществляют в соответствии с (8).

Пересечения газопроводом железных и автомобильных дорог, трамвайных путей предусматривают подземно (под земляным полотном) или надземно (на опорах или эстакадах или с применением висячих, вантовых, шпренгельных переходов). При этом необходимо учитывать перспективу развития дороги, оговоренную в технических условиях предприятия, в ведении которого находится пересекаемая дорога. Опоры, эстакады, висячие, вантовые, шпренгельные переходы газопроводов выполняют из негорючих конструкций.

При переходе подземного газопровода через железнодорожные пути в многолетнемерзлых грунтах предусматриваются мероприятия по предупреждению оттаивания грунта земляного полотна и основания.

Прокладка газопровода в теле насыпи, а также под мостами и в искусственных сооружениях (водопропускных, водоотводных, дренажных трубах и т. д.) железной дороги запрещается.

Определение сейсмичности площадки строительства газопровода проводят в соответствии С СП 14.13330.2014 и СП 47.13330.2016.

При пересечении газопроводом активных тектонических разломов применяют надземную прокладку стальных газопроводов или прокладку полиэтиленовых газопроводов, а также наземную прокладку полиэтиленовых газопроводов в защитной оболочке.

Фундаменты и основания под резервуары

Основания под резервуары

Основание стоит рассматривать совместно с проектируемым сооружением, так как под воздействием веса сооружения и других всевозможных эксплуатационных воздействий грунты основания испытывают дополнительное давление, деформируются (уплотняются, оседают) и в свою очередь оказывают воздействие на сооружение.

Виды основания под резервуары

• естественные — грунты которых находятся под подошвой фундамента в их природном залегании.
• естественные с подсыпкой;
• искусственные

Естественные основания

Естественные основания под резервуары — грунты которых находятся под подошвой фундамента в их природном залегании. Грунты под естественные основания должны обладать достаточным сопротивлением сжатию, а конкретнее грунты должны обладать следующими свойствами:

• малой и равномерной сжимаемостью, то есть большой плотностью, обеспечивающей малую и равномерную осадку сооружения;
• нерастворяемостью грунтовыми, дождевыми и талыми водами.

В процессе эксплуатации резервуара по мере уплотнения грунтов его основания происходит осадка фундамента. С целью выяснить степень влияния осадок на сооружение производится расчет оснований и фундаментов. Расчет основания резервуара заключается в вычислении давлений (напряжений) на грунты под подошвой фундамента и величин осадок грунтов основания, возможных при этих давлениях. При получении недопустимых величин осадок принимают соответствующие меры с целью уменьшения напряжений и ограничению осадок до допускаемых пределов. Последнее может быть достигнуто уширением подошвы фундамента или переходом к искусственному основанию.

Естественные основания с подсыпкой — переходная конструкция между естественными и искусственными основаниями (естественное основание с песчаной или грунтовой подушкой, выполняемой в виде подсыпки на основание).

Типовые основания резервуаров

Насыпь

Насыпь в сочетании с песчаной подушкой

1. Щебеночная или песчаная насыпь
2. Песчаная подушка
3. Слабый грунт

Железобетонное кольцо под стенкой

1. Щебеночная или песчаная насыпь
2. Железобетонное кольцо
3. Стенка РВС
4. Днище РВС

Подсыпка на основание выполняет следующие функции:

• распределить давление от металлоконструкций резервуара на основание;
• осуществить дренаж днища;
• обеспечить антикоррозийную защиту днища.

Для подсыпки используют следующие материалы:

• уплотненный крупный песок;
• щебень;
• гравий;
• гравийно-песчаную смесь.

Для обеспечения антикоррозионной защиты резервуара, особенно днища, по верху подсыпки укладывают гидрофобный слой с добавлением вяжущих на основе нефтепродуктов. Как правило, применяется высота подсыпки 0,2 – 2,5 м. Эта величина зависит от результатов инженерно-геологических изысканий площадки строительства.

Поверхность подсыпки обычно устраивают так, чтобы она имела уклон от центра к периферии. Это обеспечивает компенсацию неравномерных осадок резервуара, а также облегчает приток хранимого продукта к откачивающим устройствам. На практике осадка днища резервуара может достигать 2 м, именно поэтому подъем центральной части днища может стать ключевым условием длительной работоспособности конструкции. В случае если на площадке строительства на небольшую глубину (до 3 м) залегают слабые или пучинистые грунты (в районах с глубоким сезонным промерзанием грунтов), практикуется их замена с местным уплотнением песчаным или глинистым грунтом, часто привозным. При более обширном слое залегания слабых грунтов такой метод зачастую экономически неэффективен в силу возрастания текущих расходов на выравнивание резервуаров, установленных таким способом.

Искусственные основания

• искусственно упрочненные грунты основания (путем уплотнения, химического закрепления или забивки бетонных или песчаных свай);
• свайные основания и фундаменты глубокого заложения, передающие нагрузку от сооружения на более прочные грунты, залегающие на большей глубине от поверхности земли;

Искусственные основания под слабые грунты

• Для просадочных грунтов предусматривают устранение просадочных свойств в пределах всей просадочной толщи или устройство свайных фундаментов, полностью прорезающих просадочную толщу.
• Для набухающих грунтов, в случае если расчетные деформации основания превышают предельные, предусматривают проведение следующих мероприятий:
  • полная или частичная замена слоя набухающего грунта не набухающим;
  • применение компенсирующих песчаных подушек;
  • устройство свайных фундаментов.
• На водонасыщенных пылевато-глинистых, биогенных грунтах и илах, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, должно предусматриваться проведение следующих мероприятий:
  • устройство свайных фундаментов;
  • для биогенных грунтов и илов – полная или частичная замена их песком, щебнем, гравием и т.д.;
  • предпостроечное уплотнение грунтов временной пригрузкой основания (допустимо проведение уплотнения грунтов временной нагрузкой в период гидроиспытания резервуаров по специальной программе).
• На подрабатываемых территориях, в случае если расчетные деформации основания превышают допустимые, должно предусматриваться проведение следующих мероприятий:
  • устройство сплошной железобетонной плиты со швом скольжения между днищем резервуара и верхом плиты;
  • применение гибких соединений (компенсационных систем) в узлах подключения трубопроводов;
  • устройство приспособлений для выравнивания резервуаров.
• На закарстованных территориях, предусматривают проведение следующих мероприятий, исключающих возможность образования карстовых деформаций:
  • заполнение карстовых полостей;
  • прорезка карстовых пород глубокими фундаментами;
  • закрепление закарстованных пород и (или) вышележащих грунтов.

Размещение резервуаров в зонах активных карстовых процессов не допускается.

При применении свайных фундаментов концы свай заглубляют в малосжимаемые грунты и обеспечивают требования к предельным деформациям резервуаров. Свайное основание может быть как под всей площадью резервуара – «свайное поле», так и «кольцевым» – под стенкой резервуара. Если применение данных мероприятий не исключает возможность превышения предельных деформаций основания или в случае нецелесообразности их применения, предусматривают специальные устройства (компенсаторы) в узлах подключения трубопроводов, обеспечивающие прочность и надежность узлов при осадках резервуаров, а также устройство для выравнивания резервуаров. При строительстве в районах распространения многолетнемерзлых грунтов при использовании грунтов основания по первому принципу (с сохранением грунтов в мерзлом состоянии в период строительства и эксплуатации) предусматривают их защиту от воздействия положительных температур хранимого в резервуарах продукта. Это достигается устройством проветриваемого подполья («высокий ростверк») или применением теплоизоляционных материалов в сочетании с принудительным охлаждением грунтов – «термостабилизацией».

Методы укрепления грунта основания

При строительстве резервуаров на площадках, сложенных мощной толщей слабых грунтов, возникают значительные неравномерные осадки основания, что существенно влияет на дальнейшую эксплуатацию резервуаров. Поэтому при строительстве резервуаров на слабых грунтах применяют специальные подготовки основания.

Грунтовые подушки должны выполняться из послойно уплотненного при оптимальной влажности грунта, модуль деформации которого после уплотнения должен быть не менее 15 МПа, коэффициент уплотнения – не менее 0,90.

Уклон откоса грунтовой подушки следует выполнять не более 1:1,5. Ширина горизонтальной части поверхности подушки за пределами окрайки должна быть:

• 0,7 м. – для резервуаров объемом не более 1000 м 3 ;
• 1,0 м. – для резервуаров объемом более 1000 м 3 ;
• 1,0 м. – независимо от объема, для площадок строительства с расчетной сейсмичностью 7 и более баллов.

Поверхность подушки за пределами периметра резервуара (горизонтальная и наклонная части) должна быть защищена отмосткой. Применяются разнообразные методы укрепления грунта основания (без его замены).

Существующие методы:

• Метод предварительного наполнения резервуара
• Метод уплотнения основания глубинным водопонижением
• Метод уплотнения основания насыпью
• Метод уплотнения тяжелыми трамбовками
• Метод химического и термического закрепления грунта

Геологические и гидрогеологические исследования перед проектированием оснований и фундаментов резервуаров

При проектировании фундамента цилиндрического резервуара необходимо изучить геологическое строение площадки, отведенной под застройку, и гидрогеологические условия.

Глубина разведки грунтов, расположенных ниже подошвы фундамента, зависит от давления, передаваемого сооружением на основании, и принимается равной или более глубины активной зоны основания (сжимаемой толщи грунтов основания).

Разведка грунтов производится шурфованием и бурением.

• Шурф (нем. Schurf) – это вертикальная либо наклонная горная выработка глубиной до 40 м, которая проходится с поверхности земли для разведки полезных ископаемых, вентиляции, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъема людей и т.д. Площадь поперечного сечения шурфа от 0,8 до 4 м2. Форма поперечного сечения шурфа может быть круглой, прямоугольной или квадратной.
• Бурение скважин – это процесс сооружения направленной горной выработки большой длины и малого диаметра. Начало скважины от поверхности земли называют устьем, дно – забоем.

Преимущества шурфования перед бурением заключаются в том, что образцы грунтов, взятые из шурфа, имеют ненарушенную структуру; по стенкам шурфа устанавливается род грунтов, мощность каждого пласта и их напластование, а на дне шурфа производится испытание сопротивления грунтов сжатию.

Объем и характер исследования грунтов зависят от монументальности сооружения, рода и напластования грунтов и уровня грунтовых вод.

При исследовании бурением в ответственных местах закладываются шурфы, и проверяется сопротивление грунтов основания сжатию пробными нагрузками.

Месторасположение и число шурфов или скважин в каждом отдельном случае назначаются в соответствии с очертанием и размерами сооружения в плане и степенью однородности грунтов.

Обычно шурфы или скважины закладываются вблизи периметра сооружения и наиболее ответственных его частей. В плане строительного участка шурфы или скважины должны образовать сетку со средними расстояниями в 25–30 м. Более детальная разведка производится в пределах сооружения.

По данным исследования составляются план и геологические разрезы участка с обозначением рода грунта, напластования и уровня грунтовых вод. На основании физико-механических характеристик устанавливаются расчетные сопротивления грунтов, целесообразность использования площадки под строительство и род фундаментов под резервуары.

Вообще, в процессе изысканий собираются следующие сведения о грунтах и грунтовых водах:

• литологические колонки;
• физико-механические характеристики грунтов (плотность грунтов ρ, удельное сцепление грунтов с, угол внутреннего трения φ, модуль деформации Е, коэффициент пористости е, показатель текучести IL и др.);
• расчетный уровень грунтовых вод.

Число геологических выработок (скважин) определяется площадью резервуара и должно быть не менее четырех (одна – в центре и три – в районе стенки, т. е. 0,9-1,2 радиуса резервуара).

В дополнение к скважинам допускается исследование грунтов методом статического зондирования.

При проведении инженерных изысканий следует предусматривать исследование грунтов на глубину активной зоны (ориентировочно 0,4-0,7 диаметра резервуара) в центральной части резервуара и не менее 0,7 активной зоны – в области стенки резервуара. При свайных фундаментах – на глубину активной зоны ниже подошвы условного фундамента (острия свай).

Для районов распространения многолетнемерзлых грунтов проводятся инженерно-геокриологических изыскания. Данные изыскания должны обеспечить получение сведений о составе, состоянии и свойствах мерзлых и оттаивающих грунтов, криогенных процессов и образованиях, включая прогнозы изменения инженерно-геокриологических условий проектируемых резервуаров с геологической средой.

Фундаменты под резервуары

Фундамент — это часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на грунты основания и распределяющая эту нагрузку на такую площадь основания, при которой давления по подошве не превышают расчетные. В зависимости от формы фундаменты подразделяются на:

• сплошные, в виде плит под всем сооружением;
• ленточные, расположенные только под стеной сооружения;
• столбчатые в виде отдельных опор.

Выбор типа фундамента под резервуар зависит от многих факторов, самым важным, конечно является грунт, его характеристики (сжатие, пучинистость при сезонном промерзании, глубине залегания и пр.), от объема резервуара, а так же от величины нагрузок который будет передаваться на грунт. Наиболее рационально использовать фундаменты на естественном основании, по причине того, что этот способ наиболее дешевый, с полным или частичным отказом от свай под днищем резервуара. Перед строительством фундамента необходимо произвести отвод грунтовых вод и осадков из-под днища резервуара. Все работы по устройству фундамента под резервуар проводятся до начала его монтажа. Проектную отмостку основания (фундамента), фундамент под шахтную лестницу и опоры под подводящие трубопроводы рекомендуется выполнять после монтажа металлоконструкций резервуара.

Заметки инженера-строителя
Блог проектировщика

Полезная информация о конструкциях, расчётах и строительных материалах
Содержание сайта: Главная страница

• Строительная механика и сопромат
• О материалах
  • ГЕОМАТЕРИАЛЫ
  • ДРЕВЕСИНА
  • ЖЕЛЕЗОБЕТОН
  • КИРПИЧ
• О конструкциях
  • Вентканалы
  • Деформационные швы
  • Крыши. Покрытия
  • Фасонки
  • Фундаменты
• О сооружениях
• О нагрузках и воздействиях
  • Атмосферная влага
  • Газы и пыль
  • Землетрясения и цунами
  • Кислоты
  • Лёд (обледенение)
  • Насекомые
  • Морозное пучение
  • Огонь
  • Снег
  • Удар
• О грунтах и основаниях
• О расчетах
• О технологиях
  • 3D бетонирование
  • Сварка
  • Строительный подъём
• Ремонт и отделка
• Безопасность жизни
• Архитектура и дизайн
• Оценка стоимости строительства и проектирования
• Строительные нормы
• О программах
  • AUTOCAD
  • SCAD
  • ЛИРА-САПР
  • ЛИРА-СОФТ
• Контакты
• Ссылки

вторник, 23 февраля 2021 г.

Модель основания Пастернака (модель с двумя коэффициентами постели (жесткости) ) и её модифицированные версии. SCAD, ПК Лира, Лира-САПР

Для исправления недостатков простейшей модели Винклера были разработаны её модификации – с двумя или тремя коэффициентами постели.

В отечественной практике наиболее распространена получила модель Пастернака с двумя коэффициентами постели: при правильном подборе параметров модель Пастернака способна изобразить воронку оседания грунта вокруг нагруженной площади.

Модель Пастернака (модель с двумя коэффициентами постели) можно представить в виде винклеровских пружин, соединенных между собой связями сдвига.

Таким образом эта модель с одной стороны устраняет главный недостаток модели Винклера, а именно: позволяет учитывать распределительную способность грунта, а с другой почти не усложняет математическую постановку задачи по сравнению с моделью Винклера. Однако, двухпараметрическая модель порождает так называемые фиктивные поперечные силы на краях фундамента, свободных от закрепления.

В этой двухпараметричной модели (модели Пастернака) вводится не один, а два коэффициента постели:

Как правило коэффициенты постели вычисляются на основании усредненных данных по слоям в пределах сжимаемой толщи.

В расчётной схеме ПК SCAD для этой модели грунтового основания фундаментная плита задается пластинчатыми элементами.

По нормали к ним назначается коэффициент постели на сжатие С1 и коэффициент на сдвиг С2.

Учет распределительной способности основания за пределами фундамента для модели Пастернака. Законтурные элементы

Для учета распределительной способности основания за пределами фундамента вводят (добавляют к элементам фундамента) законтурные элементы, моделирующие отпор грунта за пределами плиты.

Особенности моделирования законтурных элементов в SCAD:

Учет части основания, расположенного по внешней области Ωe за внешним контуром фундаментной плиты, может выполняться с использованием «полубесконечных конечных элементов» типа «Клин» или «Полоса». Эти законтурные элементы позволяют смоделировать все окружение области фундаментной плиты, если она является выпуклой и многоугольной.

Операция «Ввод двухузловых законтурных элементов плиты»

Главный недостаток данного расчета – приближенность калибровки модели в разных методиках расчета С1 и С2, а также применимость только к однородному в плане и по толщине грунтовому массиву.

Самый обоснованный способ назначения коэффициентов С1 и С2 — по результатам штамповых испытаний. Однако, как правило, в отчетах по инженерно-геологическим изысканиям как правило информация по С1 и С2 отсутствует. При этом есть различные методики (отличающиеся используемыми аналитическими зависимостями для калибровки коэффициентов двухконстантной контактной модели основания), позволяющие по заданным E, H и ν, определить С1 и С2 так, чтобы двухпараметричная модель в каком-то смысле наилучшим образом приближала модель упругого слоя или полупространства. (Например, методики В.З. Власова, В.И. Сливкера, В.А. Барвашова).

Есть несколько способов расчёта коэффициентов С1 и С2 в SCAD-office:

Указания по расчету свайных фундаментов

Основные указании

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:
а) первой группы:
— по прочности материала сван и свайных ростверков;
— по несущей способности грунта основания свай;
— но несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.) или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями фунта и т.п.;
б) второй группы
— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных на-грузок;
— по перемещениям свай (горизонтальным u_p , углам поворота головы свай ψ_p) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов.
— по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.
Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и фунтов.
При наличии результатов полевых исследований несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний

Расчет сван по прочности материала

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в фунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l₁ определяемом по формуле:

где l— длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;
a_g — коэффициент деформации. 1/м.

Если для буровых свай и свай — оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/a_g , то следует принимать

(где h — глубина погружения сваи или сваи — оболочки, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты, за исключением сильносжимаемых, м).
При расчете по прочности материала буро-инъекционных свай, прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации Е = 5 МПа и менее, расчетную длину свай на продольный изгиб l_d , в зависимости от диаметра свай d следует принимать равной:

при Е ≤ 2 МПа l_d = 25d
при Е = 2 — 5 МПа l_d = 15d.

В случае если l_d превышает толщину слоя сильносжимаемого грунта расчетную длину следует принимать равной 2h_g.
Расчеты конструкций свай всех видов следует производить на воздействие нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l (где l -длина сваи).
Усилие в свае (как балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:
1,5 — при расчете по прочности;
1,25 — при расчете по образованию и раскрытию трещин.
В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимается равным единице.
Расчетная нагрузка, допускаемая на железобетонную сваю по материалу, определяется по формуле:

где ϒ_b3 — коэффициент условий работы бетона, принимаемый ϒ_b3= 0,85 для свай, изготавливаемых на месте строительства;
ϒ_cb — коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ;
R_b — расчетное сопротивление бетона сжатию;
A_b — площадь сечения сваи нетто,
R_gc — расчетное сопротивление арматуры сжатию;
A_g — площадь сечения арматуры.
Пример 1.

Определение несущей способности сваи по материалу
Определить несущую способность буронабивной сваи диаметром d = 0,2 м по материалу. Свая выполняется в глинистом грунте без крепления стенок и отсутствии грунтовых вод. Материал сваи: бетон В20. Свая армирована 4 стержнями d12 A400.
Решение:
Площадь сечения сваи нетто:
A_b = πd 2 /4 = 3,14 * 0,22 2 /4 = 0,0314 м 2 .
Площадь сечения 4d12 A400: A_g = 452 мм 2 = 452 * 10 -6 м 2 .
Расчетное сопротивление бетона сжатию: R_b = 11,5 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры А400 сжатию:
R_gc = 355 МПа.
Коэффициент условии работы бетона: ϒ_b3 = 0,85.
Коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ: ϒ_cb = 1,0.
Расчетная нагрузка, допускаемая на .железобетонную сваю но материалу:

N = 0,85* 1,0 * 11,5 * 0,0314 + 355 * 452 * 10 -6 = 0,467 МПа = 467 кН.

Расчет свай по несущей способности грунта

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);
F_d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи.
γ_k — коэффициент надежности по грунту.

При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности ио нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяется интерполяцией.
Расчетную нагрузку на сваю N, кН. следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

где N_d — расчетная сжимающая сила, кН;
M_{x ,} M_y расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте.
x_i, y_i — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

х , у — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Рис. 1. Схема для определении нагрузки на сваю

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.
Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами.

Пример 2.

Определение нагрузок на сваи во внецентренно-нагруженном фундаменте

Необходимо определить нагрузки, приходящиеся на сваи (см. рис.2). Количество свай в фундаменте n = 6. Нагрузки, действующие на фундамент: