что такое крен фундамента

Природа образования кренов и способы их выравнивания

Крен – наиболее опасная деформация здания, т.к. в большинстве случаев она является прогрессирующей, т.е. нарастающей за отчетный период вследствие увеличения эксцентриситета нагрузки из-за наклона здания, нарастания краевых напряжений под подошвой плиты и развития пластических деформаций под плитой. В определенный момент времени, когда зона пластических деформаций охватывает значительную область основания, особенно при эксцентрической нагрузке, основание может потерять несущую способность и в этом случае опрокидывание здание (сооружения ) неизбежно.

Причиной этой аварии явилась перегрузка слабого основания с формированием классического выпора. Этот пример должен быть всегда перед глазами проектировщиков, которые проектируют на слабых грунтах плитные фундаменты для здания повышенной этажности.

Тем более, что в последнее время нашей организации всё чаще приходится сталкиваться с похожими аварийными ситуациями в Санкт-Петербурге, мы решаем вопросы не только остановки крена, но и возврата здания в исходное положение и стабилизации основания. Так в 2012 г. в июне месяце была закончена работа по стабилизации основания и выравниванию крена 12-ти этажного корпуса жилого дома №3 (корпус 1А) по ул. Киевской, и 2-х лестничных клеток многоэтажного паркинга по ул. Парашютной.

В первом случае здание – недострой простояло без консервации 4 года. Что представляло собой здание зимой 2011 г.?

Для установления причин развития деформаций крена были проанализированы графики развития осадок, выполнена проверка слабого подстилающего слоя грунта, оценка конструктивной схемы здания и обследовано основание здания под плитой в зимних условиях.

Источник

5.5.4. Расчет деформаций основания (ч. 2)

Б. КРЕН ФУНДАМЕНТОВ

При действии внецентренной нагрузки крен фундамента определяется по формуле

где Е и v — модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородной основании значения E и v принимаются средними в пределах сжимаемой толщи); k_e — коэффициент, принимаемый по табл. 5.23; N — вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент на уровне его подошвы; е — эксцентриситет; а — диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент, для фундаментов с подошвой в форме правильного прямоугольника (здесь А — площадь многоугольника); k_m — коэффициент, учитываемый при расчете крена фундаментов по схеме линейно-деформируемого слоя при a ≥ 10 м и E ≥ 10 МПа и принимаемый по табл. 5.18.

Коэффициент Пуассона v принимается по табл. 1.15.

ТАБЛИЦА 5.23. ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА k_e

1
1,2
1,5
2
3
5
100,28
0,23
0,31
0,32
0,33
0,34
0,350,41
0,44
0,48
0,52
0,55
0,60
0,630,46
0,51
0,57
0,64
0,73
0,80
0,850,48
0,54
0,62
0,72
0,83
0,94
1,040,50
0,57
0,66
0,78
0,95
1,12
1,310,50
0,57
0,68
0,81
1,01
1,24
1,450,50
0,57
0,68
0,82
1,04
1,31
1,560,50
0,57
0,68
0,82
1,17
1,42
2,00То же, вдоль меньшей стороны

1
1,2
1,5
2
3
5
100,28
0,24
0,19
0,15
0,10
0,06
0,030,41
0,35
0,28
0,22
0,15
0,09
0,050,46
0,39
0,32
0,25
0,17
0,10
0,050,48
0,41
0,34
0,27
0,18
0,11
0,060,50
0,42
0,35
0,28
0,19
0,12
0,060,50
0,43
0,36
0,28
0,20
0,12
0,060,50
0,43
0,36
0,28
0,20
0,12
0,060,50
0,43
0,36
0,28
0,20
0,12
0,07Круглая

–0,430,630,710,740,750,750,750,75

Примечание. При использовании расчетной схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства коэффициент k_e принимается по графе, соответствующей ζ´ = ∞

Средние (в пределах сжимаемой толщи Н_с или толщины слоя Н ) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунтов основания E и v определяются по формулам;

Крен фундаментов, вызванный влиянием соседних фундаментов и других нагрузок (например, нагрузок на полы), а также неоднородностью грунтов основания, определяется по формуле

где s₁ и s₂ — осадки середин противоположных сторон фундамента; L — расстояние между рассматриваемыми точками.

При определении крена сооружений с высоко расположенным центром тяжести необходимо учитывать увеличение эксцентриситета вертикальной составляющей нагрузки из-за наклона этих сооружений. Для высоких сооружений конечной жесткости, кроме того, рекомендуется учитывать увеличение указанного эксцентриситета за счет податливости надфундаментной конструкции.

Крен высоких жестких сооружений на неоднородном основании определяется по формуле

где i — крен низкого сооружения (т.е. такого, равнодействующую всех нагрузок на которое можно считать приложенной на уровне его подошвы), определяемый по формуле (5.66); i‘ = i/M — то же, от единичного момента; N — вертикальная составляющая всех нагрузок на основание; h* — высота от подошвы фундамента до точки приложения равнодействующей.

Пример 5.14. Требуется рассчитать осадку и крен фундаментной плиты силосного корпуса, состоящего из четырех сблокированных железобетонных банок. Инженерно-геологический разрез участка и план фундаментной плиты показаны на рис. 5.28, физико-механические характеристики грунтов, полученные в результате изысканий, приведены в табл. 5.24.

ТАБЛИЦА 5.24. К ПРИМЕРУ 5.14

Расчетные нагрузки на основание (для расчета его по деформациям): постоянная от собственного веса всего сооружения, включая фундаментную плиту, G = 44,2 MH, временная от загрузки одной силосной банки N_v1 = 27 МН, момент от ветровой нагрузки M_w = 46 МН·м. Толщина фундаментной плиты 1,2 м, глубина ее заложения d₁ = d = 2,5 м, размеры в плане 26×26 м, толщина слоя грунта обратной засыпки (сверху плиты) d_bf = 1,3 м.

Решение. Находим среднее давление на основание при полной загрузке силоса с учетом веса грунта обратной засыпки

p = (G + 4N_v1)/A + γ_IId_bf = (44 200 + 4 · 2700)/26 2 + 18,7 · 1,3 = 225 + 24 = 249 кПа ≈ 250 кПа.

Для определения расчетного сопротивления грунта основания предварительно вычисляем толщину зоны, в пределах которой необходимо производить осреднение прочностных характеристик (см. п. 5.5.2):

что несколько больше средней суммарной толщины слоев 1 и 2 (6,25 м), но меньше суммарной толщины этих слоев под западным краем плиты (7 м). Поэтому для осреднения характеристик принимаем толщину слоя 1 — h₁ = 4 м и толщину слоя 2 — h₂ = 2,6 м. Находим:

;

кПа;

При = 25° имеем: M_γ = 0,78, M_q = 4,11, M_c = 6,67; для слоя 1 — γ_с1 = γ_с2 = 1,3, для слоя 2 — γ_с1 = 1,1 и γ_с2 = 1,0. Осредняем эти коэффициенты аналогично тому, как это сделано в отношении φ и с :

;

.

Вычисляем коэффициент k_z :

Поскольку подвал в данном сооружении отсутствует ( d_b = 0), формула (5.29) для определения расчетного сопротивления грунта основания принимает вид

.

Вычисление по этой формуле дает:

=1,44 (196 + 192 + 60) = 1,44 · 448 ≈ 645 кПа,

т.е. R намного больше р = 250 кПа.

Давление под краем фундаментной плиты при загружении двух силосных банок

p_e = γ´_IId_bf + (G + 2N_v1)/A + 2N_v1e/W + M_w/W =
= 24 + 145 + 111 + 16 ≈ 300 кПа R ; 300 кПа z = 4 м от подошвы фундамента.

При η = 1 и ζ = 2 · 4/26 = 0,31 находим: α = 0,97. Вертикальные напряжения в грунте на глубине z = 4 м составляют:

от внешней нагрузки

от собственного веса грунта

Суммарное вертикальное напряжение будет:

По формуле (5.38) определяем ширину условного фундамента b_z на кровле слоя 2:

м.

R = (0,43 · 0,51 · 26,4 · 19,6 + 2,73 · 6,5 · 18,7 + 5,31 · 21) = 1,1(113 + 332 + 112) = 1,1 · 557 = 613 кПа > 364 кПа.

Поскольку ширина фундаментной плиты b > 10 м и основание сложено грунтами с модулем деформации E > 10 МПа, для расчета деформаций основания используем расчетную схему линейно-деформируемого слоя.

H = 8,2 + 8,3/3 = 8,2 + 2,8 = 11 м.

При ζ´ = 2 · 11/26 = 0,85 коэффициент k_c = 1,4; при b = 26 м и E > 10 МПа коэффициент k_m = 1,5.

ТАБЛИЦА 5.25. К ПРИМЕРУ 5.14

Средняя осадка плиты по формуле (5.81) при давлении р = 250 кПа = 0,25 МПа:

= 6,07 · 0,00867 = 0,053 м = 5,3 см,

что существенно меньше предельного значения средней осадки, равной = 40 см.

Для определения крена плиты необходимо рассматривать силосный корпус в целом как сооружение с высоко расположенным центром тяжести и учитывать увеличение эксцентриситета вертикальной нагрузки из-за наклона сооружения.

Предварительно вычисляем средние (в пределах слоя толщиной H = 11 м) значения модуля деформации и коэффициента Пуассона грунта основания.

МПа;

.

Вычисляем крен фундамента (без учета увеличения эксцентриситета при наклоне сооружения) от внецентренной вертикальной нагрузки (заполнения двух силосных банок) и ветровой нагрузки по табл. 5.23 при ζ´ = 0,85 и η = 1 находим k_e = 0,37. Тогда по формуле (5.66)

Крен фундамента, вызванный неоднородностью основания, определяем как отношение разности осадок противоположных сторон фундамента к его ширине.

Вычисляем средние значения модулей деформации грунта для вертикалей, проходящих через точки А и В фундаментной плиты, пользуясь полученными ранее значениями k_i (см. табл. 5.25):

МПа, МПа.

Поскольку силосный корпус — сооружение жесткое, осадки его краев определяем по формуле

.

Тогда осадки в точках А и В будут:

м = 5,8 см;

м = 4,8 см.

Крен фундамента, вызванный неоднородностью основания, находим из выражения (5.69):

.

Расстояние H_R от подошвы фундамента до точки приложения равнодействующей вертикальных нагрузок, определенное как отношение статического момента этих нагрузок относительно подошвы фундамента к их сумме, равно 22,4 м.

Суммарная вертикальная нагрузка на основание при заполнении двух силосных банок

Крен силосного корпуса с учетом внецентренного его загружения, неоднородности основания и изменения эксцентриситета нагрузки при наклоне сооружения по формуле (5.70)

,

что меньше предельного значения крена для рассматриваемого сооружения.

Коэффициент c_x принимается линейно возрастающим с глубиной: c_x = 0 при z = 0 и с_x = βc_i ; при z = d (см. рис. 5.29), т.е.

где β — коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта обратной засыпки, т.е. отношения ρ´_d/ρ_d (плотности в сухом состоянии грунта обратной засыпки к соответствующей характеристике грунта природного сложения):

Крен фундамента i_d с учетом его защемления в грунте определяется по формуле

а глубина, на которой расположен центр его поворота, — по уравнению

где M₁ = M + Qh₀ — см. рис. 5.29; d, А, I — глубина наложения, площадь и момент инерции подошвы фундамента;

Реактивное сопротивление грунта σ_x(z) по передней и задней граням фундамента определяется по формуле

Горизонтальное перемещение верха фундамента определяется по формуле

В проектах фундаментов, перемещения которых определены с учетом их упругого защемления в грунте, должны содержаться требования об устройстве обратных засыпок в соответствии с требованиями норм. Степень уплотнения грунта обратной засыпки ρ´_d/ρ_d следует назначать не менее 0,9.

Решение. Для коэффициента с_i находим крен фундамента по формуле (5.66) (по табл. 1.15 v = 0,3, по табл. 5.23 при η = 4,2/3 = 1,4; k_e = 0,64):

.

Относительное заглубление фундамента λ = d/l = 1. Тогда по выражению (5.71) при k_λ = 1 – 0,1 · 1 = 0,9

МН/м;

МН;

МН·м.

.

При определении крена фундамента без учета его защемления в грунте необходимо было бы учесть момент M + Q_d = 0,8 + 0,08 · 4.2 = 1,14 МН·м. Тогда по формуле (5.66) крен фундамента составил бы I = 0,0034. Таким образом, учет бокового отпора грунта привел к уменьшению крена фундамента и соответственно краевых давлений [см. формулу (5.58)] на 27 %.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Что такое крен фундамента

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ
ОСНОВАНИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Soils. Measuring methods of strains
of structures and buildings bases

Дата введения 1982-01-01

УТВЕРЖДЕНЫ постановлением Госстроя СССР N 96 от 17 июня 1981 г.

ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июнь 1985 г.

Настоящий стандарт распространяется на грунты всех видов и устанавливает методы измерения деформаций (вертикальных и горизонтальных перемещений, кренов) оснований фундаментов строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений.

Пояснения основных терминов, применяемых в настоящем стандарте, приведены в ГОСТ 22268-76 и ГОСТ 16263-70, а также в справочном приложении 1.

1.1. Измерения деформаций оснований фундаментов зданий и сооружений должны проводиться по программе, отвечающей требованиям, приведенным в обязательном приложении 2, в целях:

определения абсолютных и относительных величин деформаций и сравнения их с расчетными;

выявления причин возникновения и степени опасности деформаций для нормальной эксплуатации зданий и сооружений; принятия своевременных мер по борьбе с возникающими деформациями или устранению их последствий;

получения необходимых характеристик устойчивости оснований и фундаментов;

уточнения расчетных данных физико-механических характеристик грунтов;

уточнения методов расчета и установления предельных допустимых величин деформаций для различных грунтов оснований и типов зданий и сооружений.

Программа проведения измерений составляется организацией, производящей измерения, на основе технического задания (рекомендуемое приложение 3), выдаваемого проектно-изыскательской или научно-исследовательской организацией по согласованию с организациями, осуществляющими строительство или эксплуатацию.

1.2. Измерения деформаций оснований фундаментов строящихся зданий и сооружений следует проводить в течение всего периода строительства и в период эксплуатации до достижения условной стабилизации деформаций, устанавливаемой проектной или эксплуатирующей организацией и включаемой в техническое задание.

Измерения деформаций оснований фундаментов зданий и сооружений, находящихся в эксплуатации, следует проводить в случае появления недопустимых трещин, раскрытия швов, а также резкого изменения условий работы здания или сооружения.

1.3. В процессе измерений деформаций оснований фундаментов должны быть определены (отдельно или совместно) величины:

вертикальных перемещений (осадок, просадок, подъемов);

горизонтальных перемещений (сдвигов);

1.4. Наблюдения за деформациями оснований фундаментов следует производить в следующей последовательности:

разработка программы измерений;

выбор конструкции, места расположения и установка исходных геодезических знаков высотной и плановой основы;

осуществление высотной и плановой привязки установленных исходных геодезических знаков;

установка деформационных марок на зданиях и сооружениях;

инструментальные измерения величин вертикальных и горизонтальных перемещений и кренов;

обработка и анализ результатов наблюдений.

1.5. Метод измерений вертикальных и горизонтальных перемещений и определения крена фундамента следует устанавливать программой измерения деформаций в зависимости от требуемой точности измерения, конструктивных особенностей фундамента, инженерно-геологической и гидрогеологической характеристик грунтов основания, возможности применения и экономической целесообразности метода в данных условиях.

1.6. Предварительное определение точности измерения вертикальных и горизонтальных деформаций надлежит выполнять в зависимости от ожидаемой величины перемещения, установленной проектом, в соответствии с табл.1.

На основании определенной по табл.1 допускаемой погрешности, устанавливается класс точности измерения вертикальных и горизонтальных перемещений фундаментов зданий и сооружений согласно табл.2.

Расчетная величина вертикальных или горизонтальных перемещений, предусмотренная проектом

Допускаемая погрешность измерения перемещений для периода

Класс точности измерений

Допускаемая погрешность измерения перемещений

При отсутствии данных по расчетным величинам деформаций оснований фундаментов класс точности измерения вертикальных и горизонтальных перемещений допускается устанавливать:

2. ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ

2.1. Подготовка к измерениям вертикальных перемещений

2.1.1. Перед началом измерений вертикальных перемещений фундаментов необходимо установить:

2.1.2. В зависимости от точности измерений следует устанавливать реперы следующих типов:

При наличии на строительной площадке набивных или забивных спай, верхним концом выступающих на поверхность, допускается их использовать в качестве грунтовых реперов с соответствующим оформлением верхней части сваи.

2.1.3. При установке реперов в особых грунтовых условиях следует:

2.1.4. Число реперов должно быть не менее трех.

2.1.5. Реперы должны размещаться:

в стороне от проездов, подземных коммуникаций, складских и других территорий, где возможно разрушение или изменение положения репера;

вне зоны распространения давления от здания или сооружения;

вне пределов влияния осадочных явлений, оползневых склонов, нестабилизированных насыпей, торфяных болот, подземных выработок, карстовых образований и других неблагоприятных инженерно-геологических и гидрогеологических условий;

на расстоянии от здания (сооружения) не менее тройной толщины слоя просадочного грунта;

на расстоянии, исключающем влияние вибрации от транспортних средств, машин, механизмов;

в местах, где в течение всего периода наблюдений возможен беспрепятственный и удобный подход к реперам для установки геодезических инструментов.

Конкретное расположение и конструкцию реперов должна определять организация, выполняющая измерения, по согласованию с проектной, строительной или эксплуатирующей организацией, а также с соответствующими службами, имеющими в данном районе подземное хозяйство (кабельные, водопроводные, канализационные и другие инженерные сети).

2.1.6. После установки репера на него должна быть передана высотная отметка от ближайших пунктов государственной или местного значения геодезической высотной сети. При значительном (более 2 км) удалении пунктов геодезической сети от устанавливаемых реперов допускается принимать условную систему высот.

2.1.7. На каждом репере должны быть обозначены наименование организации, установившей его, и порядковый номер знака.

Установленные репера необходимо сдать на сохранение строительной или эксплуатирующей организациям по актам.

2.1.8. В процессе измерения вертикальных деформаций следует контролировать устойчивость исходных реперов для каждого цикла наблюдений.

2.1.9. Деформационные марки для определения вертикальных перемещений устанавливаются в нижней части несущих конструкций по всему периметру здания (сооружения), внутри его, в том числе на углах, на стыках строительных блоков, по обе стороны осадочного или температурного шва, в местах примыкания продольных и поперечных стен, на поперечных стенах в местах пересечения их с продольной осью, на несущих колоннах, вокруг зон с большими динамическими нагрузками, на участках, с неблагоприятными геологическими условиями (рекомендуемое приложение 4).

Конкретное расположение деформационных марок на зданиях и сооружениях, а также конструкции марок должна определять организация, выполняющая измерения, по согласованию с проектной, строительной или эксплуатирующей организацией, учитывая конструктивные особенности (форму, размеры, жесткость) фундамента здания или сооружения, статические и динамические нагрузки на отдельные их части, ожидаемую величину осадки и ее неравномерность, инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, особенности эксплуатации здания или сооружения, обеспечение наиболее благоприятных условий производства работ по измерению перемещений.

Источник