несущей конструкцией. Предложено большое число различных способов уст ройства искусственных швов скольжения, с помощью которых коэффициент трения между бетонным фундаментом и песчаным грунтом основания, равный 0,65, может быть уменьшен более чем вдвое, так что в условиях рассмотренного
выше примера максимальная сила трения вместо 10 500 кН составит, |
напри |
||
мер, 5250 кН, и для бетона потребуется вдвое |
меньше арматуры. |
|
|
В простейшем случае для отделения сооружения от фундамента поль |
|||
зуются прокладками из пропитанного битумом |
картона (ц ^ 0,3). Более до |
||
рогостоящие прослойки из графита (толщиной |
2 мм) или |
тефлона (ц |
0,15) |
могут быть применены для швов скольжения |
при малой |
площади опорных |
|
поверхностей и при значительных нагрузках — от 500 до 1000 Н/см2. При устройстве прослоек скольжения из асфальта (толщиной 3 см) должно при меняться уплотнение краевой пленкой из фольги, чтобы воспрепятствовать вытеканию материала прослойки из шва [362]. Лабораторные исследования прокладок из картона, пропитанного битумом или дегтем, показали (рис. 255), что при их применении сопротивление скольжению (касательное напряжение т) сравнительно мало зависит от нормальной нагрузки а, но довольно суще ственно зависит от скорости перемещения у и от температуры Т [377, 378]. Так, например, уже при понижении температуры с 12 до 9° сопротивлению скольжению возрастает в 2 раза. Начальную прочность на сдвиг установить не удалось. При скорости скольжения, равной нулю, сопротивление скольже нию также равно нулю. Для районов горных разработок можно принять, что максимальное относительное смещение грунта и фундамента у конца со оружения может достигать 0,02 мм/ч (см. подраздел 11.6). В соответствии с при
веденным на рис. |
255 графиком этому соответствует касательное напряжение, |
||
не превышающее |
1 Н/см2 или 10 кИ/м2. Приняв это значение, получим, что |
||
для фундамента площадью 150 м2 сила трения в середине |
сооружения соста |
||
вит, независимо от нормальной нагрузки, 150 кН/м-25 м = |
3750 кН по срав |
||
нению с 10 500 кН без битумного шза |
скольжения. Поскольку сопротивление |
||
скольжению для |
битумного слоя, как |
для любого вязкого вещества, почти |
|
не зависит от нагрузки, создаваемой весом сооружения, то достигаемое за счет применения шва скольжения снижение силы трения, по сравнению с силой трения по песчаному грунту, с ростом веса сооружения будет возрастать; в случае же легкого сооружения (менее 1,5 тс/м2), наоборот, при вязком би тумном слое скольжения передаваемое за счет трения усилия будут больше, чем при скольжении по песчаному грунту. Кроме того, можно уменьшить силу трения для строящегося сооружения, сократив нагруженную площадь битумного слоя. Этого можно достичь, увеличив при заданном строительном объеме количество этажей и уменьшив соответственно площадь опирания или же применив опирание на несколько опор. Вблизи центра тяжести всех нагрузок должен быть неподвижный участок без прослойки скольжения, чтобы получившее наклон сооружение не могло само по себе сместиться по би
тумному слою.
Если принять за основу линейную зависимость между сопротивлением скольжению и скоростью перемещения, то получим, что сопротивление сколь жению, в соответствии с изменением относительного перемещения фундамента
=Л70/Г/? 6=25 Г1/СМ2
F3 Fz Ft
1Г, м м / ч
Рис. 255.
Зависимости сопротивления скольже нию т от скорости перемещения и, температуры Т и нормальной на грузки а [378]:
1 — а = 30 Н/см2, |
Т = 8° С; |
2 — о = |
= 20 Н/см2, Т = 8° С; з — о = |
10 Н/см2, |
|
Т = 8° С; 4 — ст = |
30 Н/см2, Г = 15° С |
|
Рис. 256.
Схема передачи сил трения от столбчатых бетонных фундаментов к фундаментной плите
прп наличии битумного слоя скольжения |
(сопротивление скольжению линейно зависит |
от скорости скольжения, т. е. от относительного смещения): |
|
1 — слой скольжения; 2 — неподвижная опора; |
з — эпюра силы трения; а — нагрузка на основание |
и грунта (см. рис. 196), линейно уменьшается от 10 кН/м2 до 0 в направлении от конца сооружения до его центра тяжести. В случае сосредоточенных нагру зок, при принятом допущении о линейной зависимости, получается показанная на рис. 256 простая схема расчета сопротивлений скольжению между отдель ными фундаментами площадью А и фундаментной плитой по выражению
т/ = Tmax |
YT Ттах* |
(446) |
|
Силы |
трения определяются |
по формулам |
|
F H I = |
* I A |
|
(447) |
и |
|
|
|
^max = S |
^ - |
(448) |
|
Как показывают исследования, сила трения при использовании битуми нозных швов скольжения, в отличие от силы трения между песком и бетоном (см. подраздел 11.6), зависит как от скорости относительного смещения грунта и фундамента, так и от температуры грунта и площади поверхности соприкос новения. Поэтому сооружение, в котором применены защитные мероприятия в виде вязких швов скольжения, в зимний период, при одинаковых деформа циях земной поверхности, будет подвержено действию больших сил трения, чем в летнее время. Повышение скорости подвигания очистных работ приводит к увеличению сил трения. После прекращения процесса сдвижения возник шие в сооружении в результате деформирования упругие силы постепенно
При этом сопротивление скольжению, вследствие большей скорости сдвижения земной поверхности, будет при отработке свиты пластов во всяком случае больше, чем при подработке сооружения одиночной очистной выработкой.
Обобщая сказанное |
выше, можно сформулировать следующие важнейшие |
п р а в и л а , которыми |
следует руководствоваться п р и с т р о и т е л ь |
с т в е жилых домов и административных зданий в районах горных разработок: следует стремиться к уменьшению размеров сооружений в плане, а круп ные комплексы зданий длиной более 30 м (для металлических каркасных кон струкций — при длине их свыше 50 м) необходимо разбивать на отсеки, раз
деленные деформационными швами; следует по возможности избегать глубокого заложения фундаментов и та
кой их формы, при которой они прочно связываются с грунтом основания за счет имеющихся выступов;
расстояния между отдельными частями фундамента должны фиксироваться при помощи работающих на растяжение горизонтальных рамных конструкций или сплошных фундаментных плит;
для сооружений предпочтительно применять податливую конструкцию,
вчастности стены желательно возводить с применением фахверковых связей
иизвесткового раствора;
необходимо предусматривать конструкцию фундаментов, надежно рабо тающую на растяжение, а по опорной поверхности предусмотреть устройство швов скольжения, характеризующихся малым коэффициентом трения;
междуэтажные перекрытия должны обладать жесткостью в горизонталь ном направлении и надежно заанкерены в стены;
между соседними зданиями должно обеспечиваться необходимое расстояние. В земле Северный Рейн-Вестфалия (ФРГ) в 1963 г. были разработаны Указания по строительству в районах горных разработок, предусматрива ющие подразделение зданий по степеням защиты на три категории (третья категория соответствует полной защите), а также регламентирующие выбор строительных материалов, проектирование фундаментов и конструктивных мер защиты. О принятых в других странах (Великобритания, ПНР и СССР)
допустимых сдвижениях и деформациях земной поверхности, в зависимости от допускаемой степени повреждений сооружений, дает представление табл. 28.
14.3.3.
Защита транспортных сооружений и трубопроводов
Защита транспортных сооружений и магистральных трубопроводов от воздей ствия горных работ представляется важной задачей со всех точек зрения [365]. Железнодорожные линии в районах горных разработок должны прокладываться с применением сравнительно коротких рельсов (длиной не более 30 м) с оставле нием между ними зазоров в стыках, причем ширина зазоров должна обеспечи вать возможность (при температуре + 8 ° С) продольного перемещения рельсов до ± 8 мм, или до ±0,26 мм/м. В Саарском бассейне затраты на ремонт претер певших воздействие подработки рельсовых путей и на устройство специаль ных стыков-компенсаторов на участках с пониженной скоростью движения