6.3. Усиление фундаментов технологического оборудования (ч. 2)

При реконструкции действующих промышленных корпусов нередко возникает необходимость в устройстве дополнительных заглубленных помещений внутри цеха или глубоких фундаментов для дополнительного оборудования. В таком случае раскопка котлована под заглубленное помещение производится вблизи существующих фундаментов нагруженных опор каркаса здания. В этой ситуации, во-первых, может возникнуть опасность для указанных фундаментов при удалении грунта из котлована, во-вторых, нагрузки от существующих фундаментов увеличивают давление на борт котлована. В связи с этим следует устраивать ограждение, которое исключает взаимовлияние котлована и существующих фундаментов.

В случае, показанном на рис. 6.9, а, ограждение котлована полностью воспринимает давление от грунта и существующих фундаментов и одновременно может служить несущей конструкцией подземного помещения. Расчет такого ограждения на давление грунта выполняется по теории Кулона с учетом пригрузки от существующих фундаментов. Устраивать такое ограждение следует, как правило, методом "стена в грунте", выбирая грунт из котлована уже под его прикрытием. Иногда требуется одновременно выполнить усиление существующих фундаментов из-за разжижения грунтов основания. В таком случае основание может быть взято в обойму из двух самостоятельных "стен в грунте", а ограждение котлована выполняется обособленным (рис. 6.9, б). В этом случае ограждение котлована для заглубленного помещения рассчитывается лишь на давление грунта, заключенного между двумя ограждениями (массив abme на рис. 6.9, б). Аналогичная картина будет в том случае, когда новое заглубленное помещение строится вблизи стены существующего подвала, более глубокого, чем новое подземное помещение. Такие случаи встречались, например, при реконструкции административного здания по ул. Станиславского в Москве, цеха на заводе в Днепропетровске и на других объектах.

Варианты устройства вертикальных ограждений
Рис. 6.9. Варианты устройства вертикальных ограждений
1 — стена здания; 2 — колонна; 3 — фундамент; 4 — стена строящегося заглубленного помещения; 5 —  стены обоймы усиления основания; 6 — слабый грунт

Потеря устойчивости подпорной стенки сопровождается опусканием части засыпки в виде призмы abc (см. рис. 6.9, в), которая и является призмой обрушения [87, с. 93]. Нарушение равновесия происходит по некоторой поверхности скольжения (при смещении подпорной стенки). В результате нарушения равновесия и появляется оползающая призма, равновесие которой в целом и надо рассматривать [79, с. 141]. Действующей на ограждение силой будет горизонтальная составляющая Еa веса Р призмы. Если же на ограждение (или подпорную стену) действует какой-то объем грунта (например, abmn на рис. 6.9, в), отличный от объема призмы обрушения abc, то давление на ограждение Е'a от такого объема грунта будет отличаться от активного давления грунта по Кулону.

Для определения активного давления на вертикальное ограждение от грунтовой засыпки, размер сечения которой меньше размера сечения призмы обрушения, определенного по теории предельного равновесия, воспользуемся выводом формулы для нахождения давления грунта по Кулону. С целью упрощения выкладок все рассуждения в основном будем вести для случая несвязного грунта и горизонтальной поверхности засыпки. Окончательное решение будет верно и для всех других случаев давления грунта на вертикальное ограждение.

Величину Eа можно получить приближенно как величину горизонтально составляющей равнодействующей веса призмы обрушения при разложении сил по линии поверхности скольжения. Действительно, вес призмы обрушения

P = (γH2/2)tg(45° – φ/2),
(6.14)
 

а горизонтальная составляющая или активное давление

Ea = Ptg(45° – φ/2),
(6.15)
 

где γ — плотность грунта; Н — глубина котлована; φ — угол внутреннего трения грунта.

При уменьшении веса призмы обрушениягрунта активное давление уменьшится прямо пропорционально уменьшению ее веса.

Если часть призмы обрушения обрезать, например, какой-то дополнительной подпорной стенкой или ограждением mnk (см. рис. 6.9, в), то активное давление грунта на рассчитываемую ограждающую конструкцию ab уменьшится во столько раз, во сколько площадь abmn меньше площади abc. На практике можно уменьшать площадь эпюры давления пропорционально уменьшению площади сечения призмы обрушения. Форма эпюры давления грунта также изменяется, что видно из рис. 6.9, в. Площадь эпюры abgoдает величину полного активного давления Ea грунта. Центр тяжести эпюры abgo определяет место приложения равнодействующей активного давления от ограниченного объема грунта. Опуская несложные преобразования, получим следующие выражения для определения необходимых величин (см. рис. 6.9, в):

(6.16)
 

Строго говоря, при определении активного давления от ограниченного объема грунта требуется также учитывать, во-первых, изменение длины поверхности скольжения — разницу между прямой ас и ломаной anm (см. рис. 6.9, в), во-вторых, дополнительное трение между грунтом и поверхностью ограничивающего элемента mnk. Однако, как установлено нами с помощью пробных вычислении, эти факторы взаимно компенсируются. Остающаяся неточность вычислений идет в запас прочности. Поэтому при практическом проектировании этими факторами можно пренебрегать.

Если с помощью графических решений величина Еа определяется сразу без построения эпюры давления, то при ограничении объема грунта засыпки величину Еaможно уменьшать пропорционально уменьшению площади призмы обрушения и сразу определять величину Е'a. Для этого первоначально определяют давление Eа от полной призмы обрушения, а затем переходят к определению давления Е'а ограниченного объема грунта.

Швец В.Б., Феклин В.И., Гинзбург Л.К. Усиление и реконструкция фундаментов