Анкерные устройства в строительстве

М. И. Смородинов

АНКЕРНЫЕ - УСТРОИСТВА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

М. И. СМОРОДИНОВ проф., д-р техн. наук

АНКЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

МОСКВА СГРОЙИЗДАТ 1983

ББК 38.654.1 с 51 УДК 624.153.7

Рецензент Е.М Кольцов

Смородинов М.И.

С 51

Анкерные устройства в строительстве. -М.: Стройиз дат, 1983.- 184 с., ил. Освещены вопросы технологии и проектирования анкерных устройств. Изложен отечественный и зарубежный ·опыт их приме нении в nроизводстве строительньrх и монтажных работ с учетом инженерно-геологических факторов. ·приведены результаты ис следований в этой области. Для инженерно-технических работников и nроектировщи·

ков строительных организаций. Оtс!G1НИрОВаннО в хнваре 2014 vasiliy шizav@gщail. cam с 1~~QQ.Щ>QQ.=_!~- 041 (01) - 83 157-82

ББК 38.654.1 6С4.03

© Стройиэдат, 1983

ПРЕДИСЛОВИЕ "Основными направлениями экономического и социального разви тия СССР на 1981- 1985 годы и на период до 1990 года", принятыми XXYI съездо-м КПСС. предусмотрено улучшение СТРГJИтельства, повы шение эффективности капитальных впожений. На июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС Генеральный секретарь ЦК КПСС тов. Ю.В. Андропов указал на необходимость широкого внедрения в проиэводство эффектив ных технологических решений. Ежегодно в нашей стране вьшолняется большой объем строительных и строительно-монтажных работ, многие из которых связаны с примене нием анкерных устройств. Конструкции и функциональное назначение этих устройств разнообразны. Анкерными устройствами называются времеюrые или постоянные устройства, сооружаемые в. массиве грунта или на его поверхности с целью восприятия внешних выдергивающих или сдвигающих нагрузок. Некоторые виды анкерных устройств, глав ным образом инъекционные, иногда именуют грунтовыми анкерами. На ряду с термином "анкерные устройства" используется термин "анкеры". Объем работ по сооружению анкерных устройств в последние годы заметно возрос. Эти работы чаще всего выполняют специализированные строительно-монтажные организации. В нашей стране к числу таких можно отнести ·Всесоюзное объедю-tение Гидроспецстрой Минзнерго СССР, тр-ест Гидроспецфундаментстрой Минмонтажспецстр,оя СССР, Главмос инжстрой. За рубежом это фирмы ."Сопетанш" и 'Баши" во Франции, ''К.БауЭр", "Бельфингер-Бергер" и "Дивидаг" в ФРГ, "Хагконсалт" в Швеции и т.д. Интенсивное внедрение в лрактику строительного производсша анкерных устройств объясняется нескопькими причинами. Наиболее важной из них, по-видимому, следуст считать расширение работ по ре конструкции зданий и сооружений и !!еобходимость выполнения крупных строительных работ в стесненных условиях городских или промышлен ных территорий. В последнем случае необходимо устраивать глубокие котлованы в непосредственной бпизости от существующих фундаментов. Если ранее при устройстве котлованов малых размеров удавалось огра ничиться сооружением традиционных расnорных конструкций, то оr·раждение больших котлованов железобетонными конструкциями, сооружаемыми способом "стена в грунте", или шпу1повьiми рядами практически невозможно выполнить без устройства анкеров. Другой причиной, повлиявшей на развитие техники их устройства, явилось увеличение объема монтажных работ в строительстве. Монтаж тяжелых конструкций объектов химического, металлургического, энергетичес кого назначения потребовал разработку новых видов монтажных анке ров и расширение их использования. Запросы практики способствовали развитию научных исследований в области анкерных устройств. Это подтверждается возраста!

3

Глава 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНКЕРНЫХ УСТРОЙСТВАХ

1. ОБПАСfИ ПРИМЕНЕНИИ АНКЕРНЫХ YCfPOЙCfB

В настоящее время знкерные устройств:fдовольно широко применяются в промышленном, транспортном, энергетическом и .гражданском строит~льстве и при строительно-монтажных работах. Конструкции их зависят от вида возводимого ·соору жения, назначения и срока службы, геологических условий строительной площадки и других факторов. При сооружении строительных объектов различного на значения они часто применяются для восприятия опрокидываю щего момента в конструкциях поДпорных стен (рис. 1, а) или шnунтовых ограждений. Для сооружений, воспринимающих опрокидывающий мо мент, соблюдается неравенство: мопр"'" МУА' где Мопр - момент, оnрокидындющих сил; Муд -момент,удерживающих сил. Если устойчивость конструкций обеспечивается их весом, то момент удерживающих сил определяется соотношением Муд=Рl., где Р - вес конструкции; t - расстояние от центра тяжести ·конструкции до точки, ·вокруг которой может nроизойти опрокидывание. При использовании в сооружении анкеров удерживающий момент увеличивается за счет сил А, воспринимаемых анкером: МУд = Pl +А[,, где l 1 -плечо момента сил А. Таким образом, во-первых, может быть улучшена устойчи вость сооружения, во-вторых, открывается возможность сокра щения его веса и размеров, что в ряде случаев оправдано эко НОМическими и инженерными соображениями. Анкерные устройства используют для удержания от воз можного в~ртикального сдвига заглубленных сооружений (рис. 1, б). Такой сдвиг, или "всплытие", может быть выз ван г-рунтовыми водами, действующими на их днище. Опасность такого вспЛытия возникает при условии (} +T"'F, . где G - ·вес сооружения·; 'lf Из-за "Небольщого объема в книге освещены ,вопросы, 1<асающиеся устройства анкеров Т()]!Ы<о в грунте.

4

L_! ___ _j ·-·-. 1 . dJ m . . ФФ . U ___ _j L ____ _j е) 3)

а) 6) В) г) D}

1

Рис.J . Примеры исnользования анкерных устройств nри строительстве различных сооружений а - подпорные стены; б - доки, шлюзы, колодцы; в - конструкции. выполненные способом "стена в грунте'~ г- дымо вые трубы; д - мачты линий электропередачи; е -плотины; ж - спортивнь1е сооружения (трамплин); з - ангары

1 IFl

11\

Т - сила трения грунта по поверхности сооружения; F - сила, действующая от грунтовых вод на днище (подnор). В целях избежания вертикального сдвига в этом случае возможны два пути: увеличение массы сооружения либо за анкеривание его при помощи устройств, призванных противо стоять действию сил, способствующих всплытию. В этом случае удается реализовать условие G+T+A >F. Устранение опасности всплытия путем применении анкеров, например, при сооружении опускных колодцев расширяет объе мы работ по· устройству колодцев в тиксотрапной рубашке. Это позволяет существенно сократить расход бетона и металла, а также расширить использование сборного железобетона. Крепnение анкерами днищ сооружений, заглубленных ниже уровня грунтовых вод, уменьшает изгибающие моменты в конструкции днищ, что позволяет сократить расход материа лов. Использование анкеров позволяет шире применять такой прогрессивный способ строительства, как "стена в грунте" (63]. В сочетании с анкерами "стену в грунте" (рис. 1, в) мож но использовать в разнообразных инженерных решениях, с кото рыми технологически и экономически не могут соперничать другие способы выполнения строительных работ. Анкеры применяют для закрепnения оттяжек подвесных дорог, радиоантенн, для восприятия нагрузок при изготовлении предварительно напряженных злементов строительных конст рукций. Некоторые конструкции анкеров эффективно применяют ся при прокладке трубопроводов на затопляемых участках трассы. Анкеры успешно используются в энергетическом строитель стве. Например, они применяются для восприятия опрокиды вающего момента дымовых труб тепловых электростанций (рис. 1, г), опор линий электропередачи (рис. l , д) и т.д. Если сооружение (например, плотина гидроэлектростанции) подвер жено действию горизонтальных сдвигающих сил, то с целью увеличения сопротивления сдвигу оно может быть заанкерено в основании (рис. 1, е) . При работе сооружения без анкерных устройств танген циальные силы по подошве фундамента Т равны: Т= fN. При введении в схему действующих на сооружение нагру зок, вызванных работой анкерных устройств, последнее урав нение принимает вид т'= f(N+A), 6

где А - дополнительная нагрузка от действия анкерных устройств. Применеине анкерных устройств позволяет защитить сооружение от возможного смещения дод действием горизон тальных сил. Анкерные устройства нашли также применение при строи тельстве некоторых типов спортивных сооружений (рис. 1, ж), .ангаров для самолетов (рис. 1, и), конструкций с вантовыми системами и т.д. Анкеры широко используются в строительно-монтажных работах для закрепления расчалок грузоподъемных механиз мов и приспособлений. Внедрение анкерных устройств в строительную практику оправдано не только экономически. Во многих случ:аях анкеры позволяют сократить расход дефицитного стального проката (например, при устройстве шпунтовых оГраждений). Помимо экономических преимуществ анкеры часто существенно упро щают производство работ. К числу таких примеров относится замена распорных металлических конструкций анкерами при строительстве тоннелей мелкого заложения. Анкеры позволяют устраивать глубокие котлованы рядом с существующими зданиями без опасности возникновения в их конструкции опасных деформаций, что имеет важное зна чение при реконструкции действующих предприятий или воз ведении зданий в условиях тесной городской застройки. Ан керы становятся средством борьбы с оползневыми явления ми и т. д. В настоящее время известно большое число различных конструкций анкерных устройств. В отечественной и зарубежной nрактике конструкции анке ров различаются по ряду признаков. По сроку службы анкеры делят на две большие группы: вре~енные и постоянные. Временные анкеры сооружают на срок производства строительно-монтажных работ или при устройстве временных надувных сооружений, шпунтовых стенок и т.п: Постоянные анкеры устраивают на весь срок службы со оружений. В качестве примера таких сооружений можно назвать подпорные стенки, причалы, подвесные дороги, доки, опуск ные коподцы, линии электропередачи и т.д. По виду используемого материала различают металличес кие, бетонные, железобетонные, деревянные и комбинированные конструкции анкеров. По схеме взаимодействия с грунтом анкеры можно разде лить на следующие группы: 2. КЛАССИФИКАЦИЯ АНКЕРНЫХ УСГРОЙСГВ

7

наземные (гравитационные), располагающиеся на поверх­ !Юсти грунта и работающие за счет сил трения между грунтом и конструкцией анкера; заглубленные, располагающиеся в массиве грунта и рабо тающие за счет сопротивления грунта персмещению элементов анкера. Наземные анкеры чаще всего представляют собой железо бетонные блоки, -которые располагают на поверхности грунта. В практике строительно-монтажных работ эти блоки часто снизу имеют упоры, которые заглубляются в грунт под дейст вием собственного веса блока. Заглубленные анкеры, в свою очередь, также различают по конструкции и технологии изготовления. Анкерные устройства различают по их расположению в про странстве: вертикальные, горизонтальные, наклонные. Верти кальные анкеры применяют, например, в опускных и других сооружениях дпя борьбы со "всплытием" этих сооружений под действием гидростатических сил. Наклонные и горизонталь ные анкеры используют при строительстве подпорных стен и различных ограждений. Заглубленные анкеры могут устраиваться с предваритель ным напряжением и без него. В последующем изложении автор старался придерживаться разделения конструкций анкерных устройств по технологи ческому признаку. Учитывая, что в последние годы инъекци онные анкерные устройства интенсивно внедряются в практи ку строительства, материалы по этому вопросу выделены в отдельную главу. Система анкеров, как и отдельно взятый анкер, работает в грунтовом массиве, находясь с ним в непосредственном кон такте. Выбор вида анкера, определение его несущей способности, выбор способа производства работ и необходимого оборудова ния для выполнения этих работ, - все это связано с грунтовыми условиями, со свойствами грунтов, залегающих в районе строИ тельной или монтажной площадки.

3. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ И СПОСОБАХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ СВОЙСТВ

В строительстве принято .называть грунтами почвы и горные породы, взаимодействующие с инженерными сооружениями и залегающие преимущественно в зоне выветривания. Строительные свойства грунтов оценивают рядом харю<­ теристик, которые можно разделить на две группы: прямые и производные. К первым, определяемым лабораторными или полевыми испытаниями, относятся плотность 3'ч (ГОСТ 5181

8

78}, объемная масса

l'o (ГОСТ 5182-78}, природная. влаж

ность w,

влажность на границе раскатывания Wp (ГОСТ 5183-77), влажность на границе текучести w,., сопротивление срезу, необходимое для определения сцеnления с и угла внут реннего трения 'f (ГОСТ 12248-78), модуль деформации Е. (ГОСТ 12374-77), гранулометрический состав (ГОСТ 12536-79). Производные характеристики (плотность скелета J'cr< , по ристость n., коэффициен;r пористости G, Плотность взве шенного в воде грунта э-'аэа, полная влагоемкость W 0 , степень влажности G , число пластичности J11n) определяют расчетами:

n. = (1- l'ск) юо· J'ч ' )'. 8=(t+OOtW)~-1' ' J'o ,

JСк = f + 0,01 W ' n. fOO-rz_ _!kj_. -r,,;- f + & •

или

o,o1w8

•

_

G

-

'

8

Физические свойства грунтов и их классификационную при· надлежиость определяют rранулометр~ческий состав, плотность и объемная масса, объемная масса скелета, влажность, плас тичность и консистенция, пористость и козффициент пористос ти, водопроницаемость и некоторые другие. Механические свойства грунтов характеризуются модулем деформации, коэффициентом уплотнения, сцеплением и углом внутреннего трения. Процессы выветривания обусловливают дисперсный харак тер грунтов. Дисперсный грунт - многофазная система, в состав которой входят твердые частицы, вода и газ. Твердые частицы имеют различный минералогический состав и различный размер. Позтому дисперсные грунты можно рассматривать как поли минеральные дисперсные системы. Значительное влияние на физико-механические свойства этих систем оказывают состав и размер минеральных частиц. Характер связи между этими частицами - один из важных признаков, положенных в основу разделения грунтов Строи тельными нормами и правилами (СНиП 11-15,74) на следую щие основные четыре группы: скальные - изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаян1•;.,~ и сце ментированные}, залегающие в виде сnлошного или •рещино ватого массива; крупнообломочные - несцементированные rрунты, содер

9

жащие t:,{mee 50% по массе обломков кристаллических или осадо•шых nород с размерами частиц более 2 мм; пес•шные - сыnучие в сухом состоянии грунты, содержа щие менее 50% по массе частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством nластичности (грунт не раскатывается в шнур диа метром 3 мм или-его чИсло nластичности Wn.:: 1); глинистые - связные грунты, для которых число пластич- !юсти ~ ~ 1. Физико-механические свойства грунта существенно зависят от содержания в нем тонкодисперсных (глинистых и коллоид ных) частиц. Особенно это относится к коллоидным частицам, которыми считают частицы с лоперечным размером менее 0,0002 мм. Характерным свойс.rвом коллоидных частиц явля ется то, что они несут электрический заряд и могут быть пред ставлены как сложные электрические схемы. У большинства видов грунтов отдельные частицы покрыты коллоидной пленкой, чем объясняется их логлотительная спо собность. Как следствие физического поглощения, nоверхность tрунтовых частиц экранируется адсорбционным слоем моле кул из растворов. Наряду с физической известны механическая, химическая и другие виды nоглотительной сnособности. Кольматация, т.е. заполнение пор грунта более мелкими частицами из растворов, объясняется как результат механи ческой и физической поглотительной способности грунтов. Явление кольматации имеет место при устройстве некоторых видов грунтовых анкеров, когда бурение скважин для них вы полняют с использованием глинистых растворов. В этом случае кольматация пор грунта, в котором изготавливают анкер, мо жет существенно повлиять на последующие после бурения тех нологические операции и на несущую способность анкера. Исследования с целью определения физико-механических свойств грунтов выnолняют в nолевых и лабораторных усло виях nри nомощи специальных машин и приборов. Чтобы nостроить геологический разрез и изучить гидро геологические условия строительной площадки, отобрать образцы грунтов для исследования их литологического состава, выполняются шурфопроходческие и буровые работы. Для устройства шурфов применяют серийно выnускаемые установки [ 68]. Основным видом работ в инженерно-геологи ческих изысканиях остаются буровые работы [46, 54]. Для оnределения свойств грунтов из буровых скважин при помощи грунтоносов отбирают монолиты (образцы грунта ненарушен ного сложения). Отбор образцов грунтов неизбежно связан с нарушением их естественного сложения. В результате этого в характеристики грунтов, оnределяемых в лабораторных условиях, вносятся nогрешности. В связи с этим полевые методы исследования

10

свойств грунтов, т.е. иеследования грунтов в условиях их естест венного залегания, имеют преимущества перед лабораторными. Из полевых методов исследований грунтов наиболее рас пространены испытания грунтов статическими нагрузками с помощью штампа (ГОСТ 12374-77), которые выполняют в шурфах и скважинах с целью определения модуля деформации Е. К полевым методам исследования свойств грунтов относит ся динамическое и статическое зондирование. Эти методы nоз воляют быс,:тро оnределять степень неоднородности грунтов строительной площадки по глубине и границы между слоями грунта. Зондирование позволяет косвенным путем определять ряд физико-механических характеристик грунта. В последние годы в практике ряда организаций все шире используются полевые радиоизотопные методы для определе ния объемной массы и влажности грунтового массива [62] . . Большое влияние на свойства грунтов оказывает содержа щаяся в них вода. Химический состав воды зависит от раство ренных в .ней солей, газов и веществ в коллоидальном состоя нии. Соли, содержащиеся в воде, характеризуют ее общую минерализацию. Воды грунта, а также промыuтенные воды. взаимодействуют с материалом строительных конструкций и способны вызвать их быстрое разрушение в результате проте кания коррозии. В связи с этим выбор материала строительной конструкции (анкера) должен быть увязан с химическим соста вом вод. Коррозия особенно опасна для металлических анкеров. Возникновение и развитие коррозии зависят от состава и свойств агрессивной среды, скорости обмена агрессивной среды у поверхности конструкции, ее напряженного состояния, нали чия градиента напора, температуры среды. С целью зашиты от вредного влияния состава агрессивных вод на материал анкеров применяют соответствующую гидро изоляцию. Большая группа анкеров требует для устройства инъе цирования цементных или других растворов в грунт. Дrtя выполнения расчетов по инъецированию этих раство ров, nомимо знания прИведеиных ранее параметров грунтов, необходимо также знание ряда характеристик. К их числу относится коэффициент фильтрации, который определяет водо проницаемость грунта. Эта величина ·входит в уравнение основного закона движения грунтовых вод. При изучении фильтрации через образцы грунта исследова ниями Дарен было установлено а ~k(,.)....!:!.... = '-(.VJ L. " '

Q - расход воды в единицу времени; (<) -площадь сечения образца;

где

11

k - коэффициент фильтрации, за.висящий от свойств конкретного грунта; Н - разность (потеря) напоров у верхиего и нижнего уровней об разца грунта; l.. - высота образца грунта; J ='2:- - nьезометрический уклон или градиент. Расход воды в единицу времени связан с площадью сечения образцов грунта: Q = GJ V, где 1/ - скорость фильтрации. Учитывая эту зависимость и уравнение закона Дарен, можно записать v=lt:J,

] == 1 коэффициент филь

Отсюда следует, что для условия трации равен скорости воды в грунте.

4. ВОПРОСЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСfИ ПРИМЕНЕНОЯ ГРУНТОВЫХ АНКЕРОВ

Задача экономической целесообразности применения грунтовых анкеров формулируется в двух вариантах. Первый вариант. Строительство соооружений или монтаж какой-то строительной конструкции не могут быть выпол нены без применения грунтовых анкеров. Задача сводится к выбору рациональной конструкции анкера для конкретных условий строительства или монтажного процесса. В этом случае сравнивают затраты при использовании анкеров, выполненных из различных материалов и различных по своей конструкции. В отдельных случаях возможны замены изготавливаемого заводом определенного типа анкера (например, для выполне ния монтажных работ) на другой. Причиной такой замены может быть использование более дешевого материала, более надежного антикоррозионного покрытия, замена некоторых металлических деталей на пластмассовые и т.д. Переход на но вую продукцию сопряжен с использованием нового технологи ческого оборудования и контрольных приборов. Для общего случая, когда необходимо выбрать экономи чески оптимальный вариант, рекомендуется в качестве крите рия использовать величину минимума суммы приведенных затрат [73] :

где К- капитальные затраты по каждому варианту, руб .. ;

С- себесто11мость продукц11и за год по тому же варианту, руб.; Е 11 -отраслевой нормативный коэффициент экономической ЭФ· фективностИ капитальных вложений.

12

Годовой экономический эффект от использования перспек тивной конструкции представляет собой разность приведеиных затрат по сравниваемым вариантам. Он может быть вычислен и по следующей общей формуле: Э = ( С 1 + E,.f\)-(C 2 +ЕнК 2 )Ан= ( С 1 -С 2 )-Ен(Кz -Х 1 )Ан, где Ан -годовой объем выпускаемой продукции после внедрения новой техники. Второй вариант. Сооружение может быть построено с при менением грунтовых анкеров и без них. Такая ситуация возни кает, например, при рассмотрении проекта строительства под земиого ·сооружения, возведение которого возможно как с при менением железобетонной обделки, так и анкерного крепления. Во многих случаях использование анкеров оказывается эконо мически вы.годным. Примерам этого может служить .опыт строительства водо заборных сооружений с анкерным креiUiением для предотвра щения всплытия. Такое инженерное.,решение при строительстве насосной станции водозаборных сооружений в г. Угличе дало снижение стоимости строительства на 12 тыс. руб. Сравнение проводилось с первоначальным вариантом возведения сооруже ния способом "опускного колодца" из монолитного железобе тона. .Экономия составила около 30% первоначальной стои мости сооружения. Кроме того, снизился расход цемента на 165 т, металла на 83,5 т, а сроки строительства бьmи сокращены на 3 мес, т.е. примерно в 1,5 раза [61]. Технико-экономическая эффективность при этом опреде лялась в соответствии с действующей инструкцией [29 J по определению экономической эффективности капитальных вло жений в строительстве. Приведеиные затраты по сравниваемым вариантам вычис ляли по формуле, аналогичной зависимости ( 1) : П=С+ЕнК+ЕнК', где С - себестоимость строительно-монтажных работ по ·сравИИ!Iае мым вариантам; К - капитальные вложения в основные производСТ!Iенные фондЬJ , строительной организации по сравниваемым вариантам; К - салряженные капитальные вложения в производство строи тельных материалов и конструкций по .сравниваемым вари антам; Е,.- нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений в строительстве, равный 0,12. Анализ приведеиных затрат по второму сооружению- под земной части канализационной насосной станции, построенной в г. Ярославле, показал, что экономия при реализации вариан та сооружения с анкерами составила около 160 тыс. руб.

13

Применсние анкерных креплений для борьбы против всплы тия трубопроводов, как показали экономические расчеты, имеет ряд существенных экономических преимуществ по срав нению с другими способами балластировки. В табл. 1 приведс ны технико-экономические показатели некоторых конструк ций балластировки трубоnроводов [2]. Т а блиц а 1. Технико-экономические показатели конструкций балластировки трубопроводов, nрокладывасмых через болота и озера Западной Сибири (на 1 км трубопровода) _______I____ _________________ J__________ 1___ _ _ Варианты liiaг Стоимость, руб. Расход бетона, Объем балласти- креn- --------- -- ---- - м3, на перево- ровки ЛСIШЯ,lрабочей 1 крепле-[общая -----1----- зок, т трубоnро-м силы ний блоки сваи водов ------- ---- ----------- ----- ----- ------- - --

Винтовые анкерные сваи (масса 12 кг)

3596,6

1,61

15

26,6

3570

Пригрузка бстонны ми блоками 6

480

112,6

18 871 18983,6

200

Пригрузка чугунными блоками Опоры с нак лонными сваями

137,9

56 768

50 905,9

367,4

3

2542

16,08 45

2523

15

19

Авторы работы [37] приводят следующие экономические показатели об исnользовании анкерного креnления стен котло вана для двухпутного тоннеля, сооружаемого открытым спосо бом. При!V{ененис анкерного крепления позволяет уменьшить расход металла на 1 км трассы тоннеля на 380 т (по сравне нию с традиционными способами ведения работ). Если ширина котлована велика (например, при устройстве подземных вести бюлей метрополитенов) и требуется забивка nромежуточного ряда свай, экономическая эффективность анкерного крепле ния возрастает. Применение его позволяет сэкономить до 200 т металла на крепление одного котлована и сократить стоимость строительных работ на 45 тыс. руб. Внедрение в строительство транспортных тоннелей анкерного крепления стен котлованов дает возможность сократить сроки строительства, так как в· этом случае расширяется фронт разработки грунта и монтаж ных работ. По данным зарубежных фирм применение предварительно напряженных анкеров вместо железобетонных обделок при

14

к Н ' руб. жение ____ ___ ____ __ _L______ _ _____ l ___ ______ ________ _____ __ ____ __________ ____ __ __ ____ Из стали А-11 диамет ром20- 22мм 100- 120 3,4 1,7 0,7 5,7 - 0,05 0,2 0,25 Из стали А-Ш диамет ром 25-30 мм 180-200 18 9 3 30 1,7 0,05 0,7 0,75 Предварительно ll:tllpЯЖeiiiiЫЙ ИЗ l'T:IJIИ А-ТУ диаметром 30-32 мм 400- 420 35,5 14 22,5 72 \,8 1,7 2,6 4,3 То же, из стали 40Х диаметром 50 мм 900- 920 45 \4 22,5 8\,5 0,9 2 3 5 То же, из высоко прочных прядей с COIIpOTИIIЛeiiHCM ДО 15 Mlla 1500-1600 51 35 22,5 107,5 0,7 2,9 2,5 5,4 То же, из кшштов с

10 м, руб. Удельная Трудозатраты на анкер длиной · сnособность - ---- ---- - --- - - --- - --- стоимость 10 м, чел.-д11и Анкер 1 или натяже- /матери:J.~Зарnла~ эксnлуата- rвccro анкера на ------l-------l----- 1 ние J·лы та ция машин 1 О кН на- изt·отов- установ- всего Шiкера, тяжения, nение ка и натя CO!IpOTИIJJICII.ICM ДО 14 Mll:J. 1000-1200 57 35 22,5 113,5 0,9 2,6 4,1 6,7

Т а б л и ц а 2. Ориентировочные тсхtшко-экоиомические показатели для различных конструкций анкеров --------------г---------------------------------~--------~--------------------- Несущая !стоимость анкера длиной

~

возведении подземных сооружений позволяет сократить их стоимость на 20- 25%. · Стоимость реализации проекта сооружения с анкерами зависит от . типа используемых анкеров. Специалисты институ тсв Гидропроект и Оргэнергострой выполнили соответствую щие расчеты и полу•шли ориентировочные технико-экономичес кие показатели [20] для ряда различных типов анкеров. Резуль таты этих расчетов даны в нижеприведенной табл. 2.

Глава 11 АНКЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА НАЗЕМНЫЕ И СООРУЖАЕМЫЕ В ОТКРЫТОМ КОТЛОВАНЕ

1. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЪ! И ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТ

Анкерные устройства наземные и сооружаемые в открытом котловане довольно широко распространены в практике строи тельства разных сооружений. Простейшая конструкция такого рода устройств - анкерная плита с тягой, которая применяется дЛЯ крепления оттяжек в энергетическом и лромышленном строительстве, в строительно-монтажных работах и т.д. Исполь зование таких устройств в ряде случаев позволяет упростить и удешевить работы, например, при сооружении мостов. Киевским отделом специального конструкторского бюро Главместостроя были запроектированы, а мостострядом N° 2 треста Мостострой-1 сооружены устои с анкерным устройством [30]. Устои сооружались при строительстве путепровода через набережную р. Славутич, входящего в комплекс сооружений Северного мостового перехода в Киеве. Стенки заанкеренных устоев (рис. 2) были выполнены из железобетонных щпунтин таврового сечения длиной 13 м, шириной 1,5 м и массой 14 т каждая. Передние грани шпунтин имели цилиндрическую поверхность. Между собой шпунтины были связаны nри по мощи впадины и зуба. В верхней части шпунта был устроен прилив - уширение, на который уложен монолитный железо бетонный пояс с заделанными в· нем анкерными тягами. На поясе были установлены сборные железобетонные блоки риге лей и стенок. Анкерные устройства nредставляли собой сваренные по дпине тяги из круглой стали диаметром 75 мм, длиной 16 м, закрепленные за сборные железобетонные плиты размером 2,бх2,4Х0,3 м. Грунт за опорой намывалея в два этапа: до уров

16

ня анкерных тяг, а после их уиановки -

до проектных

отметок. Применеиная заанкеренная конструкция отличается просто той и индустриальностью изготовления. Наличие анкерных устройств уменьшило усилия в элементах опоры. Стоимость конструкции была значительно снижена за счет уменьшения объема железобетона и сокращения трудоемкости работ.

2

Рис.2. Анкерное устройство для закреrщения устоя 1 - железобетонный шпунт; 2 - анкерная плита; 3 - анкерная тяга; 4 - .монолитный железобетон ный пояс

Проектом путепровода ранее предусматривалось соору DКенис устоя традиционной конструкции, с обратными стенками и мощным сечением, при увеличенном основании на вертикаль ных и наклонных сваях. Экономия по сравнению со сметной :стоимостью по проекту на одиом путепроводе от применекия заанкеренного устоя составила 59,5 тыс. руб. В анкерном устройстве, сооружаемом в открытом котло· ване при строительно-монтажных работах (рис. 3), роль JUiиты, взаимодействующей с грунтом, выполняет железобетон ный элемент, уложенный в котлован, который засыпают сверху грунтом. Железобетонный элемент соединяется с металлическими тягами 4, которые укладывают в траншеи. Эффективность заанкеривания можно повысить за счет улеличения объема перемещаемого грунта при выдергивании анкера [50]. При монтаже грунтового анкера по мере обрат ной засыпки котлована лослойно укладывают горизонтальные армирующие элементы. Таким образом, значительно увеличи вается угол наклона поверхности скольжения грунта, а следова тельно, и объем персмещаемого грунта при выдергивании анкера.

17

На рис. 4 приведен вид котлована с установленным в нем анкером. Железобетонная плита снабжена петлей, к которой крепится гибкая тяга. Плиту располагают на дне котлована. В грунт, засыпаемый выше плиты, укладывают по мере засып ки котлована армирующие элементы, благодаря которым увеличивается объем персмещаемого грунта. Без армирующих элементов поверхность сдвига очерчена линией 4, при наличии армирующих элементов - линией 5.

Рис.З. Анкерное устройство для строительно-монтажных работ 1 - железобетонный элемент; 2 - котлован: 3 - трашиеи для тяг 4 - тяги; 5 ·- деревлтtал опора

А-А

А

А

т

т

Рис.4. Анкерное устройство с армирующими элементами 1 - железобетонпая плита; 2- прорези в грунте; 3- тяга; 4,5 - поверх ности сдвига; 6 - петля; 7 - армирующие элемею·ы; 8 - стена котлова11а

Армирующие элементы могут быть уложены и путем устройства в стенках котлована в месте установки армирующих злементов

18

вертикальных прорезей, в которые помещают армирующие элементы. При пологом расположении стенок котлована, ког да не требуется устройства траншей, армирующие элементы целесообразно использовать в виде рам. В качестве армирую щих элементов, по мнению автора, могут использоваться брако ванные опоры ЛЭП, срубленные головки железобетонных свай и другие изделия. При расналожении армирующих элементов ниже уровня грунтовых вод для армирования грунта можно использовать древесину.

Рис.S. Анкерные устройства из стоек и ригелей а,б - в грунте с иарушенной структурой и с насьтными банкет· кaftHI,; в,г - в груите с нарушенной структурой без банкеток; д,с - в ?рун те с ueuapyrueннoй структурой :Ltн utн.:llpiiHIIOI горизонтальных и наклонных усилий ис пользуют стойки, снабженные ригелями [69]. Такие анкерныr. 19

устройства (рис. 5) нашли применение в :энергетическом строи тельстве при сооружении одностоечных опор. Технологическая схема устройства подобных анкерных устройств обычно предусматривает следующие операции: вскры тие котлована, установку конструкции устройства в котло ване, обратную засыпку котлована, уплотнение грунта. В ряде случаев необходимы работы по водоотливу. Качественнос выполнение обратной засыпки котлованов и утютнения грунта в значительной мере определяет несущую способность конструкций. Положительными качествами этих конструкций является их достаточно высокая несущая способ ность; элементы конструкций-могут быть изготовлены на за водах; производство работ на строитеньной площадке не требу ет сложных специализированных машин и оборудования. Одна ко сооружение подобных анкерных устройств связано со всt<рытием котнованов и другими операциями, выnолнение ко торых усложняет и удорожает работы. При сооружении времен ных анкерных устройств такого типа трудно избежать потерь заглубленных в грунт деталей-. В этой связи в ряде случаев целесообразно переходить к анкерным устройствам, не требую щим разработки котлована. Примером таких устройств могут служить наземные анкеры. Применяются они главным образом в строительно-монтажных работах. Конструкции их довольно разнообразны. Железобетонные анкеры имеют различную форму нижней nоверхности._ Простейший из них nредставляет собой железо бетонную плиту с гладкой нижней nоверхностью. Этой поверх ностью анкер укладывают на спланироваЮiую поверхность строительной nлощадки (рис. 6, а) либо в небольшое углубле ние, которое делают в грунте для упора одной из кромок nлиты (рис. 6, б). Эффективнее всего, когда нижняя поверхность имеет шипы ступенчатой формы. При врезании шипов в грунт под действием нагрузки достигается хорошее сцепление нижней поверхности анкера с массивом грунта (рис. 6, в). Организации Минмонтажспецстроя нашли применение ан керным устройствам, состоящим из металлической платформы с шипами и железобетонных пригружающих элементов (рис. 7, а). Такая конструкция бьmа разработана институтом Гипрохиммонтаж. Металлическая рама и шипы могут быть выnолнены и из стальных труб (рис. 7, б). Просты по устрой ству и удобны в использовании полузаглубленные анкерные устройства, сооружаемые из нескольких железобетонных эле ментов (рис. 8). Одним из главных достоинств наземных анкеров является многоразовость использования. Однако они имеют небольшую несущую способность. Величина ее определяется расчетом. Кратко остановимся на так называемом армированном грунте, условно относя его к анкерным устройствам, сооружае 20

мь1м открытым способом. АрмироваЮiый грунт находит приме нение в зарубежных странах t 85, 151 ] . Наибольшее распространение он нашел в дорожном строи тельстве при устройстве подпорных стен (рис. 9). Такого рода конструкция представляет собой собственно стенку, набирае мую из металлических корытообразных полос (рис. 10, а) или из железобетонных крестовидных элементов (рис. 1 О, б) и металлических тяжей. Тяжи крепят к полосам и элементам

crCJ

Рис.6. Наземные анкерные устройства а - с гладкой нижней поверхностью; б - с упорной поверх ностью; в - с ШU/!ами ступенчатой формы

со стороны грунтовой засыпки. Для этой цели вдоль кромки металлических полос высверливают специальные отверстия, а в железобетонных элементах монтируют закладные части. На рис. 10, б показаны четыре таких части, расположеЮiые по вертикали на расстоянии 75 см, а по горизонтали на расстоянии 100 см. Засыnку тяжей грунтом nроводят nослойно с уплот нением. Такие тяжи могут рассматриваться как разновидность ненаnрягаемого грунтового анкера, уложенного открытым сnо собом. Возведение сооружений из армированного грунта не вызы вает технологических трудностей. Однако здесь важна защита арматурных nолос от коррозии. Работы по нанесению защитных

21

oJ

а)

А-А

-~ ~

t_·~-

·---4-- ,....

-t. =-==-·-

Рис.7 Наземные анкерные устройства с шипами а - конструкции Гипрохиммонтажа; б- с трубчатой рамой

А 1

А-А

Рис.8. Полузаглубленнос устройство

анкерное

22

а)

б)

Рис.9. Подпорная стенка из армированного грунта а -металлическая; б-железQбеТQ/1./ШЯ

пекрытий на стройках из армированного грунта - дело особо ответственное. На ряде строек в качестве арматуры применя ют гальванизированную сталь и алюминий. Эти же материа лы применяют для облицовки сооружений наряду с железо· бетоном. В ряде случаев металл, по-видимому, может быть заме нен искусственным материалом, хорошо противостоящим коррозии. 23

а)

Рис.lО. Детали nодnорной стенки с армогрунтом а - метамические; б - железо· бетоииые

Строительство сооружений из армированного грунта полу чило преимущественное развитие на родине этого метода - во Франции [ 151]. При строительстве скоростной дороги в райо· не г. Ментона бьmа сооружена стена длиной 800 м и высотой до 25 м. Подпорные стенки бьmи сооружены на строительстве участков дорог около г. Инкарвилль, Саверн и др. Этот метод был использован на строительстве набережных, дамб, перемычек, бункеров, доков. Экономичность метода подтверждается нижеприведенными данными (табл. 3).

Т а б л и ц а 3. Стоимость работ с исnользованием армированного грунта

Этот метод нашел также применение в Бельгrш, Италии, Канаде, Швейцарии, Англии и в некоторых других странах.

24

2. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

При вскрытии и обратной засыпке котлованов заглублен ных анкерных устройств используют различные машины для земляных работ: экскаваторы, бульдозеры, бурильные машины, машины для уплотнения грунтов. Из экскаваторов чаще исполь зуются универсальные с жесткой подвеской рабочего оборудо вания, например экскаватор ЭО-262 1 А на базе трактора "Бе ларусь". Кроме экскаваторов для вскрытия котлованов анкерных устройств применяют бурильные машины (табл. 4), выпускае мые серийно отечественной промышленностью. Базой таких машин служат тракторы или· автомобили. Рабочий орган имеет гидравлический, механический или смешанный привод. Если машина предназначена для малой глубины бурения, то аксиаль):lое телескопическое движение штанги, приводящей во вращение рабочий орган (бур), производится гидрацилинд ром (рис. 11). Лопасти бура выполняют в виде ленточных спи ралей. Внешние режущие кромки их оснащены зубьями для раз рушения грунта. К торцу штанги (ниже лопастей) прикреплена рыхлительная головка. В процессе вскрытия котлована головка и копающие ло пасти разрыхляют грунт и внедряются в него. Затем вращаю щаяся штанга поднимается над дневной поверхностью земли, и разрыхленный грунт, лежащий на копающих лопастях, раз брасывается в стороны от ямы вращением лопастей. Повторе· нием опускания-подъема штанги (3- 5 раз) выкапывается яма глубиной 1,5-1 ,8 м в талых грунтах I - III категорий. Для воз можности вскрытия котлованов различных диаметров штан ги снабжены сменными копающими лопастями. Кроме бура маши ны обычно имеют вспомогательный рабочий орган - крановый грузоподъемный крюк. Канат крюка, обогнув головной блок грузоподъемной мачты, наматывается на лебедочный барабан. Подвеска к крюку груза осуществляется стропом и специ альными захватами. Как правило, основное и вспомогательное рабочее оборудование размещают консольно за задней частью рамы несущего шасси. Иногда машины имеют боковое (относи тельно шасси) расположение бура. Чтобы повысить устойчивость машины, ее шасси или раму оснащают выносными опорами с гидрацилиндрами или винтовыми механизмами. В целях сокращения транспортных габаритов машины рабочее оборудование с помощью вспомогательных механиз мов (чаще всего гидроцилиндров) укладывают наклонно вдоль базового шасси. Нередко базовые тракторы имеют еще и бульдозерный отвал для обратной засыпки и предварительного планирования мест бурения.

25

подъемная мачта; 9 - редуктор вра щения штаиги; 1 О -

данные валы отбора мощиости; 3 - ре дуктор; 4 - сиденье оператора; 5 - ры

доваиие в транспорт ном положении; 7 -

крановая машина на шасси грузового авто мобиля 1 - коробка отбора МОЩ/lОСТи; 2 - кар

копающие лопасти; 11 - рыхлящая го ловка; 12 - шасси

гидрацилиндр подачи штанги; 8 - грузо

Pиc.ll . Бурильно

чаги управления; 6 - рабочее обору

базового автомобиля

N Cl'l 6~~~ f~ L:...._~_--...:. :----.. ~ '@ r[(!~ . .--: """"' ~с- б ...._____--- .......__ .....:....:-~..:~ ---------=-------- ~~ ----- ~~ --.:___-_

N Т а б л и ц а 4. Технические характеристики бурильных машин ==~~~~~~~~==J=~~!~~=1=~~!~~===c=~~!~~==c=~~~~~===J=~~~~~==I=~~~~~~==т=~~~~~==== Грунт Талый Талый Талый и Тапый Талый и Мерзлый Талый мерзлый мерзлый r -1 У катсго Базовая машина Трактор Т-50АП Боковой (справа) Оттракто Автомобиль Трактор ГАЗ-66А МТЗ-52Л Тип рабочего обору дования Неnоворотный Двигатель оборудо· вания Диаметр скважин, м Максимальная глу бина бурения, м Частота вращения бура,мин - 1: &~35; 0,5; 0,8 рабочая 90 От автомо биля 0,35; 0,5; 0,8 2 120, 160 реверсивная 180 180 Угол бурения к вер- Вертикаль- 5 к себе тикали, град но 15 от себя От тракто ра 0,35; 0,5; 0,8 2 89, 124, !56 95 Вертикаль НО рии Автомобиль Трактор Автомобиль Автомобиль ГАЗ-66А Т-74 КрАЗ-257 ЗИЛ-131 Поворотный (+ - 90°) Н ело ворот НЪIЙ От автомоби- Оттракто- А-41 От автомоби ля &~з5; o,s; ля 0,35; 0,5; 0,3; 0,4; 0,45 и 0,8 0,8 0,65 0,65 3 3 8 3,5 120, 160 120, 160, 28; 36,3; 180 66,8; 108; 180 - 140; 259 31, 117 5 к себе 15 к себе Вертикально 5 к себе 15 от себя 60 от себя 5 от себя -J

2,5

3,5

7,68

9,3

До60

QQ Продолжение табл.4 ==~~~~~~~~=J==~~~~~=r=~~~~~==c==~~~~~==[=~~~~~==JC=~~~~~==c=~~!~~~==c=~~~~~==== Грузоподъемность крюка, кг - 1200 1200 1200 1500 1250 Д.Пина устанавливае мых элементов, м, не более - 10 11 11 12 15 Скорость транспорт ного передвижения, км/ч, не более 30 60 25,8 60 12 50 Вспомогательное Отвал - Отвал бу оборудование Габарит машины в бульдозера лъдозера транспортном поло женин, м: дпина 4,9 6,4 5,9 6,4 5,7 12,4 ширина 2,7 2,2 2 2,2 2 2,8 высота 2,4 2,9 4 2,9 3,8 3,9 Масса, т: оборудования 1,4 1,5 2,1 1,5 1,4 11,5 общая 4,3 5,1 5 5,1 7,2 21,5

....

Если мalllliнa выполнена на шасси грузового автомобиля, то оборудование приводится в действие от двигателя посред ством карданного вала и коробки отбора мощности. Карданные валы от коробки вращают валы редукторов штанги, привода лебедочного барабана и насоса гидросистемы. В конструкцию бурильно-крановой мalllliны с поворот ным в плане оборудованием входит канатный привод подъема крюка и штанги и привод вращения штанги с изменяемой часто той вращения. Спуско-подъемные операции штанги и крюка осуществля ются канатами с помощью двухбарабанной лебедки. Барабаны лебедки оснащены ленточными фрикционными муфтами и тормозами с гидравлическим )(Правлением. Мачта имеет верт люг, несущий головные блоки подъемных канатов. Для изменения частоты вращения штанги в зависимости от сопротивления буримого грунта мalllliнa имеет коробку пере дач. Конический редуктор передает вращение штанге через поворотный круг. Штанга квадратного сечения, телескопически подвижна относительно ведущей шестерни. Пневматическая муфта предельного момента защищает штангу и ее привод от nерегрузок. Штанга имеет гидролатрон для зажима и подачи. Для монтажа анкерных устройств в котловане применяют различные крановые установки, которыми располагают строи тельные организации. Обратная засыпка котлованов анкерных устройств со nровождается, как указывалс~сь выше, уплотнением грунта. Для этой цели применяют механические и ручные трамбовки. Большинство исследований относится к изучению работы анкерных устройств для опор линий электропередачи, устанав ливаемых в предварительно открытых котлованах с последую щей обратной засыпкой грунта. В работе [1] изложены резуль таты опытов автора по выдергиванию из песчаных и глинистых грунтов моделей анкерных фуiЩаментов. Эксперименты были выnолнены в лотке размером 100xlOOx100 см с прозрачными стенками. Модели имели форму цилиндров длиной 100 см, диаметром 5, 10 и 15 см, а также плит размерами 100х2охз см и 100х13х3, заглубленных в грунт на 90 см. Персмещение ци линдров и плит фиксировали по наблюдениям через стеклян ную стенку лотка. Для этого слои грунта, непосредственно при легающие к стеклу лотка, переметивали с мраморной крошкой. Различие цвета крошки и грунта позволяло наблюдать и фото графировать персмещения частиц грунта при выдергивании моделей. 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

29

Опытами на моделях было установлено существование двух видов разрушения грунта основания при достижении предельных нагрузок. Первый вид разрушения имел место при сравнительно небольших величинах заглубления моделей в rрунт ( относитель ное заглубление, т.е. отношение глубины заложения к диаметру или ширине плиты составляло от 5 до 6) , сопровождался формированием так называемой "призмы выпирания" грунта. В зтом случае при достижении предельных нагрузок грунт, контактировавший с моделью, выпирал выше первоначальной поверхности окружающего грунта. Второй вид разрушения имел место при больших величинах заглубления моделей (величина относительного заглубления составляла более 6). Здесь образования "призмы выпирания" не наблюдалось. При достижении предельных выдергивающих нагрузок в песке часть грунта перемешалась под плиту (ци линдр). Затем начинались большие по величине персмещения конструкций. В глине с возрастанием персмещений моделей под нижней плоскостью образовывалась полость, ширина кото рой была равна диаметру цилиндра (ширине плиты) модели. Над цилиндром (плитой) в процессе выдергивания имело место образование ядра из переуплотненного грунта. А.С. Кананян провел исследование устойчивости оснований моделей анкерных фундаментов (31]. Автором было выпол нено 30 опытов (17 на вертикально действующие усилия и 13 на наклонно действующие усилия) . Модели заглубляли в грунт на 100 см. Эксперименты проводились в полевых условиях на моделях фундаментов опор линий электропередач (ЛЭП) с диаметрами плиты 40, 60, 80, 100 и 120 см (около 0,3-0,5 действительной величины фундаментов) . Диаметр стойки d 0 для всех моделей был равен 38 см. Модели заглубляли в слой аллювиальных мелкозернистых песков толщиной до 6 м. Физи ко-механические характеристики грунтов нарушенной струк туры следующие. Плотность 1,63 тfм3; весовая влажность 6,5%; коэффициент пористости 0,871; угол внутреннего трения 32°, удельное сцепление 0,5 Н/см2. Грунтовые воды распола галисЪ на глубине 4,5 м. Для извлечения моделей из грунта применяли 25-тонные гидравлические домкраты. На головной части плунжера дом кратов устанавливали два динамометра типа ДС-5 в специаль ной обойме. Фиксацию вертикальных персмещений анкера и поверхности грунта (с точностью до 0,1 мм) осуществляли nрогибомерами, расnоложенными на ферме с nролетом 3,5 м. Наrружение моделей nроизводилось ступенями. Каждая ступень выдерживалась до стабилизации nерсмещений (но не более 30 мин). На рис. 12 приведсны графики зависимости nерсмещений анкерных устройств от выдергивающих усилий Q, а в

30

табл. 5 - предельные нагрузки от вертикальных переме щений и до момента разрушения, а также размер выпирае мых зон на поверхности грунта. Опыты показали, что несущая способность фундаментов зависит от .:\ = h 1 cL относительной глубины заложения. В табл. 6 приведены значения контакrnых напряжений от вели чины л. Эксперименты показали, что максимальное напряжение Qnp

fz J 1

v,мм

8

s

lf,

1/ 1

'---- Q """" ~ - ~ .., - u ~

5

1 1 '[ t

5 " J 'l

J

Рис.12. График зависи· мости персмещений от вертикальных выдерги вающих усилий Q для фундаментов диаметром, см (31] 1 -40; 2 - 60; 3 -80; 4-100; 5-/20

} 1 1 v

v

..... / ./ /

1

~ ......... ....

~

~.

о

SO q,I(H

10

:то

~о

Т а б л и ц а 5. Предельные нагрузки, вертикальные nерсмещения и выпирасмыс зоны на nоверхности rрунта (31)

~iь~Ir~::?ь~;;J-- -~----r~~~~:~I~i~;~-[-=~l~-~~~~~=- d.. м рузка Onp• ка Ое р, мм ния /.. , м кН кН ---- ----- -------- ---- -- - ----- ------------- 15 19,9 6,4 1,2 9 0,4 2,5 20,8 20 10 1,44 1 20,2 7,5 0,6 12 24,1 19 1,2 6 0,6 1,666 26 25,5 16 1,3 3 24,5 16 1,24 16 35,2 6,8 1,6 17 0,8 1,25 35,8 34,2 8 1,6 2 31,7 11 1,6 13 40 9,6 1,8 7 43,5 42,1 13 2 4 39,9 22 2 5 48,2 17 1,8 8 1,2 0,823 51,3 51,1 15 2,04 14 51,6 12 2,2

31

достигает 0,16 МПа при Л:::: 2,5. Исследования показали, что несущая способность оснований в значительной степени зависит также от сил трения и сцепле ния, проявляющихся на поверхностях скольжения (срезываю щие СЮIЫ).

d, МПа (31]

Т а блиц а 6. Контактные напряжения

0,159 0,074 0,06 0,05 0,043

0,16 0,077 0,06 0,051 0,044

0,161 0,08 0,06 0,051 0,045

0,158 0,071 0,061 0,04'9 0,042

2,5 0,4 1,66 0,6 1,25 0,8 1 1 0,83 1,2

0,104 0,044 0,043 0,037 0,033

0,132 0,054 0,051 0,043 0,037

0,142 0,061 0,056 0,045 0,039

0,151 0,067 0,058 0,048 0,041

Несущая способность фундамента растет с увеличением плотности грунта. Это связано с тем, что сокращение объема пор в массиве грунта влечет за собой не только возрастание массы грунта выпираемой зоны, но и возрастание CIOI трения и сцепления по площади поверхностей скольжения. Автором работы [3 1] выполнено исследование механизма разрушения грунта при возрастани_и нагрузки, прЮiагаемой к плите анкерно· го фундамента. Бьшо установлено;-что на первых этапах нагру жения грунт над моделью уплотняется, смещая часть грунта в горизонтальном направлении. При нагрузках, близких к пре· дельным (0,7-0,8 Qnp), первоначальная плотность грунта сохра· няется только в зоне, непосредственно прЮiегающей к плите. Контактирующий с этой зоной грунт начинает разрыхляться. При дальнейшем перемещении фундамента по периметру его плиты возникает срез грунта. При исследовании границ распространения упругих и пласти ческих зон в грунте автор использовал полоски из окрашенно го песка. Опыты выявЮiи, что грунт, прЮiегающий к плите (в пределах 0,3-0,4 ct ), сжимается равномерно, о чем сви· детельствует сокращение расстояния между окрашенными ПО· лосками. Изломы полосок показали, чтq поверхности сколь жения в грунте имеют криволинейный характер. Перед началом выпора грунта на поверхность у стойки анкера образуются радиальные и кольцевая трещины. Диаметр кольцевой трещины примерно равен диаметру плиты. При этом нагрузка составля ет около 70-80% предельной. Появление трещин сопровож дается разрыхлением грунта. Увеличение нагрузки вызывает резкое увеличение деформа ций грунта, а затем и разрушение основания. При этом грунт приподнимается плитой вверх и образуется вторая кольцевая