Столбчатый мелкозаглубленный фундамент: Мелкозаглубленный столбчатый фундамент. Мелкозаглубленный фундамент

Разное / 09.04.1979 / alexxlab / 0

Как правильно сделать мелкозаглубленный фундамент

Главной задачей при возведении здания является выбор типа фундамента. Это напрямую зависит от свойств грунта и его пучинистости. Пучинистый грунт во время промерзания расширяется, поднимается и приводит к трещинам на фундаменте и непосредственно на сооружении.

Для того чтобы решить эту проблему изготавливают фундамент на глубине ниже промерзания, но этот вариант не подходит для легких зданий, поэтому в качестве альтернативы используется мелкозаглубленный фундамент.

Советы

Монтаж фундамента ленточного типа

Зная, как правильно сделать мелкозаглубленный фундамент вы с легкостью выполните работу самостоятельно. Монтаж этого типа требует объединения всех частей конструкции в единое основание, отвечающее за уравновешивание грунтовых деформаций и распределение нагрузки по всему периметру фундамента. При ленточном мелкозаглубленном фундаменте получается единая рама, а при столбчатом – опорные элементы фиксируются балками из стали или монолитными ростверками.

При монтаже мелкозаглубленного фундамента есть возможность небольшого подъема основания. Однако отклонения не должны быть больше предельных расчетных значений, которые зависят от типа постройки и применяемых материалов. Также значение имеет наличие жесткой конструкции сооружения, устойчивой к деформации во время промерзания почвы.

Исходя из функционального назначения, используются два типа мелкозаглубленного фундамента:

1. Ленточный. Для его возведения выкапывается и утрамбовывается траншея с последующей укладкой песчаной подушки;
2. Столбчатый. Монтаж основывается на буронабивных или забивных сваях.

Если монтаж осуществлен согласно технологии, сооружение на таком основании будет эксплуатироваться наравне с постройками на заглубленном фундаменте.

При применении мелкозаглубленного фундамента финансовые, трудовые и временные затраты на строительные работы значительно меньше.

Изготовление мелкозаглубленного фундамента

Ленточный мелкозаглубленный фундамент

Для монтажа мелкозаложенного фундамента необходимо основать песчаную или щебневую непучинистую подсыпку. Исходя из расчетного значения, делается выбор в пользу ленточного или столбчатого фундамента.

Монтаж ленточного типа

Подготовка основы

Есть несколько способов монтажа основания для ленточного мелкозаглубленного фундамента, которые зависят от степени пучинистости грунта на месте возведения.

Наиболее надежным способом является тот, при котором железобетонная монолитная лента сооружается прямо на строительной площадке. Глубина закладки ростверка должна составлять 50-60 см. Если грунт слабопучинистый, роль основания играют блоки из бетона, скрепленные между собой заливкой бетона переплетений выпусков блочной арматуры. Чем больше показатель пучинистости грунта, тем жестче должна быть конструкция, соответственно приходится использовать монолитные элементы.

Столбчатый фундамент

Столбчатый мелкозаглубленный фундамент

По мере усложнения грунта на месте строительства, затрудняется процесс самостоятельного возведения столбчатого фундамента. Если пучинистость грунта сильная или средняя, то возникает необходимость более жесткой фиксации элементов в единую конструкцию. Это делается путем заливки монолитного ростверка или укрепления стальных балок.

При монтаже столбчатого фундамента необходимо использовать столбы, служащие связующим звеном между зданием и площадкой. Для этого между ними оставляется расстояние от 20 см, благодаря которому уравновешиваются изменения, происходящие при промерзании грунта.

Монтаж столбчатого фундамента

Правила расчета основания

1. Первоначально необходимо провести мероприятия, которые помогут определить характер грунта. Далее опираясь на данные показатели, осуществляется выбор конструкции и рассчитывается фундамент;
2. Высота фундамента определяется полученными значениями площади основной подошвы. Зачастую высота устанавливается вдвое больше ширины;
3. Обязательно проводятся расчеты фундамента по возможной деформации.

Расчет основания

Свойства грунта можно определить без специальных исследований. Для этого вам потребуется сделать скважину с глубиной около двух метров на расстоянии полуметра и произвести визуальное исследование почвы на глубине. При плохом качестве грунта, желательно большую его часть заменить на более благоприятный грунт, в качестве которого можно использовать песок. На это потребуется потратить больше времени и сил, но таким образом вы снизите вероятность усадки вашего дома и его деформирования в холодное время года.

При соблюдении технологии, мелкозаглубленный фундамент позволит обеспечить надежность конструкции на длительное время, поэтому построенный дом будет радовать не только вас, но и еще несколько поколений.

Видео

Технология создания мелкозаглубленного фундамента рассматривается в следующем видеоматериале:

столбчатый МЗЛФ с высоким уровнем вод

Многие владельцы земельных участков сталкиваются с такой проблемой при строительстве, как пучинистый грунт. Эта особенность земельного ландшафта представляет собой распирание (вспучивание) замерзающей воды в грунте зимой. Из-за этой особенности фундамент здания должен иметь определенные характеристики, позволяющие ему выстоять при натиске давящих со всех сторон воды и льда.

Поэтому при пучинистых грунтах принято использовать такой тип фундамента, как мелкозаглубленный: ленточный и столбчатый. Какими особенностями отличаются данные виды фундаментов — рассмотрим этот вопрос в статье. Также узнаем, как правильно рассчитать необходимую степень заглубления и мощность данных типов оснований при пучинистом грунте.

Особенности

Пучинистый грунт из-за специфического своего строения (содержит много воды) приводит к скорой деформации и смещению практически любого фундамента, кроме мелкозаглубленного. Именно поэтому последний вариант и используется на пучинистых почвах. Ленточный или столбчатый фундамент, не доходящий до максимального уровня замерзания почвы, способен отлично противостоять нагрузкам от распирающей при замерзании воды. Такой фундамент не подвержен смещению и деформации, поэтому стоящее на нем здание будет в полной безопасности, а стены не пойдут трещинами.

Хорошо и то, что мелкозаглубленное основание может использоваться практически для любого типа строения: и кирпичного, и деревянного, и каркасного, и даже двухэтажного.

На видео – мелкозаглубленный фундамент на пучинистом грунте:

Пучинистая почва часто всего бывает на суглинистых, глинистых и супесчаных грунтах. Чем более высоко содержание глины в грунте, тем выше степень его пучинистости. Инженеры знают, что порой выталкивающая сила пучения бывает столь велика, что способна буквально поднять целое здание вместе с его фундаментом. А вот как происходит расчет плитного фундамента, и как это делать правильно, указано в данной статье.

Применение

Пучинистый грунт, как мы уже сказали — самая распространенная причина использования этого типа фундамента. Однако, иногда конструкция (как ленточная, так и столбчатая) может применяться и на обычных непучинистых грунтах.

Мелкозаглубленный фундамент применяется, преимущественно, в частном строительстве, поскольку идеально подходит именно для этого случая. Данный тип фундамента стоит дешевле, нежели заглубленное основание, и в то же время его несущие способности выше, нежели у незаглубленного варианта. К тому же технология возведения данного типа фундамента за долгие годы применения уже отточена буквально до мельчайших нюансов — и неприятные сюрпризы практически исключены. Также будет интересно посмотреть на то, как выглядит монолитный плитный фундамент.

На видео – применение мелкозаглубленного фундамента на пучинистом грунте:

Ленточный

Мелкозаглубленный ленточный фундамент — наиболее распространенный тип конструкций, предназначенных для пучинистых грунтов. Такое основание может спокойно выдерживать кирпичные и деревянные постройки, а также здания, сделанные из пеноблоков. Двухэтажные дома тоже могут быть построены на данном типе фундамента.

Этот вариант отличается изрядной долговечностью и надежностью, именно его выбирает большинство владельцев земельных участков для своих новых домов. К тому же возведение такого фундамента не слишком дорого, а сама работа элементарна, и не занимает много времени. А вот как происходит устройство сборного ленточного фундамента, и как это сделать правильно своими руками, указано в данной статье.

На видео – особенности ленточного фундамента:

В данном случае фундамент представляет собой бетонную ленту, укрепленную армированным поясом-каркасом. Котлован для такого фундамента роется на глубину от 50 до 70 см. На дно котлована насыпается небольшим (20-30 см) слоем песок, и утрамбовывается. Такая песчаная подушка необходима для более надежной установки конструкции. После всех предварительных работ котлован заливается вместе с арматурой жидким бетоном. Самый же верхний слой арматуры укладывается поверх бетонной смеси, когда последняя еще не застыла.

Внимание: для соединения частей арматуры друг с другом нельзя использовать сварочный аппарат, так он не сможет обеспечить достаточную надежность конструкции. Соединяют куски арматуры при помощи прочной вязальной проволоки.

Ленточный малозаглубленный фундамент может быть изготовлен либо из железобетонных конструкций, либо быть монолитным. Первый вариант может быть возведен в любое время года, и прост в установке. Минус здесь высокая стоимость, и недостаточная степень герметичности основания. Порой железобетонный фундамент пропускает грунтовую воду, если гидроизоляция была сделана с нарушениями.

Монолитный же вариант производится на высококачественном бетоне, и более сложен при возведении. Внутри монолита установлен прочный армированный каркас, придающий надежность и устойчивость всей конструкции.

Как выглядит лучший фундамент для каркасного дома, и как его выбрать самостоятельно, указано в данной статье.

А вот как выглядит фундамент свайно ростверковый монолитный армированный, можно увидеть на фото в данной статье.

Также будет интересно посмотреть на то. как выглядит свайный фундамент с монолитным ростверком: https://2gazon.ru/postroiki/zhilye/fundament/svajnyj-s-monolitnym-rostverkom.html

А вот как выглядит плитно свайный фундамент, и в каком случае его стоит применять, и как именно,очень подробно изложено в данной статье.

Столбчатый

Мелкозаглубленный столбчатый фундамент — тоже замечательный вариант, подходящий для более легких строений: деревянных и каркасных. Тяжелые кирпичные строения на столбчатом фундаменте не возводят. Этот вариант хорошо подходит, если грунт имеет суглинистый состав, близко расположены грунтовые воды, а также на заболоченных участках.

На видео – мелкозаглубленный столбчатый фундамент:

Данный тип основания подходит только в том случае, когда есть возможность вбить столбы в грунт на глубину ниже точки промерзания грунта. Столбчатый фундамент — наиболее экономный вариант, пожалуй, вообще, из всех существующих подобных конструкций на сегодня. При этом он вполне справляется со своими задачами, служа надежным основанием для домов небольшого веса. А вот как можно сделать фундамент к пристройке каркасного дома, можно увидеть на видео в данной статье.

Как рассчитать

Узнаем, какие особенности вычисления необходимых параметров существуют.

Чтобы узнать вес будущего мелкозаглубленного фундамента, необходимо обязательно учитывать плотность строительного материала, из которого будет возводиться дом. Кроме того, обязательно нужно учитывать размеры будущего строения: его длину, ширину, площадь, этажность, высоту.

Если фундамент будет ленточного типа, то обязательно нужно учитывать еще и вес внутренних несущих стен. Если столбчатый, то достаточно учесть вес только внешних стен будущего дома.

На видео – как рассчитать мелкозаглублённый фундамент:

Необходимо вычислить объем всех строительных материалов, которые потребуются для формирования фундамента: количество бетона и общую длину арматуры. Также будет интересно узнать о том, как осуществляется замена старого фундамента под деревянным домом.

Проектирование

Перед тем, как приступать к проектированию фундамента, необходимо прояснить немалое количество важных моментов. Назовем наиболее важные из них.

• Важно определить тип грунта, и каково его текущее состояние. А также максимальную глубину его зимнего промерзания.
• Важно определиться с уровнем залегания грунтовых вод.
• Выяснить точный вес будущего строения.
• Будет или нет здание оснащено подвалом.
• Точно установить, какие материалы потребуются для строительства фундамента, и в каком количестве.

Особенности возведения

Рассмотрим более подробно этапы установки мелкозаглубленного основания дома на пучинистом грунте.

Вначале роют котлован глубиной от полуметра до семидесяти сантиметров. Боковые стенки ямы затем устилаются гидроизоляцией: полиэтилен, рубероид или толь подходят оптимально. На дно котлована насыпается подушка из крупнофракционного песка. Сыпучий материал укладывается слоями с уплотнением каждого слоя.

На видео – особенности возведения:

Затем устанавливается опалубка из фанеры или досок, а на нее вновь укладывается гидроизоляционный слой. Внутрь опалубки для придания прочности необходимо поместить арматурные прутья диаметром 1,2 см. Конструкция заливается сверху бетоном, и на еще незастывшую смесь укладывается верхний слой арматуры.

Внимание: при замешивании бетонной смеси для мелкозаглубленного основания специалисты советуют добавлять в нее гидрофобный раствор, который повысит надежность и прочность всей конструкции.

Важные моменты

Некоторые специфические особенности возведения мелкозаглубленного фундамента, которые необходимо знать каждому строителю.

Имейте в виду, что после заливки фундамента его нельзя оставлять в зиму без загрузки. Если нет возможность продолжать стройку, то хотя бы следует вокруг конструкции смонтировать временный слой теплозащиты. В качестве такого слоя могут выступать опилки, керамзит, шлаковата и прочие материалы. Они смогут уберечь незащищенную конструкцию от деформации в морозы.

Зимой мелкозаглубленный фундамент возводить не рекомендуется. Если почва промерзшая, возведение такого типа конструкции возможно только при глубоком залегании грунтовых вод.

На видео – важные особенности при возведении такого типа фундамента:

Рекомендации

Полезные советы от специалистов по поводу возведения мелкозаглубленного основания дома на пучинистом грунте.

Ленточный вариант профессионалы советуют применять, если почва имеет слабый уровень пучения. Если же этот уровень достаточно высок, то такой мелкозаглубленный фундамент необходимо укрепить армированным поясом, и уплотнить песчаной подушкой. Кстати, такая подушка должна быть только из песка средней или крупной фракции: мелкий песок не подходит.

Если раньше на мелкозаглубленном основании оборудовать подвальное помещение было невозможно, то современные технологии решили и этот вопрос. Чтобы при данной конструкции не лишиться подвала, заглубление производят при помощи специальных откосов.

Конечно, строительство здания на пучинистом грунте — решение «не от хорошей жизни». Однако, если необходимо возвести дом, то мелкозаглубленный фундамент в данном случае, действительно, выход. В настоящее время этот тип конструкции широко применяется при строительстве домов из разных материалов, имеющих разные размеры, уровень сложности.

Итак, мы рассмотрели особенности возведения мелкозаглубленного фундамента на пучинистых грунтах. Как вы видите, при определенных обстоятельствах эта конструкция может стать настоящим выходом из положения. Преимущества данного фундамента неоспоримы, поэтому теперь вы знаете, что делать, если грунт на участке нестабильный.

Столбчатый фундамент из блоков мелкозаглубленный. Плюсы и минусы

Столбчатый фундамент из блоков мелкозаглубленный. Плюсы и минусы

Мелкозаглублённые основания столбчатого типа часто используются в частном строительстве

По сути, столбчатое основание – это сетка из вертикальных опор с минимально возможным поперечным сечением. Опоры устанавливаются во всех точках здания, где сосредотачиваются максимальные нагрузки (по углам, на пересечении стен, под колоннами, простенками, несущими балками, в месте обустройства печи или камина).

Мелкозаглублённые основания столбчатого типа часто используются в частном строительстве. Они подходят для лёгких каркасных строений, деревянных построек без подвалов, которые несильно нагружают грунт. Такие конструкции простые в исполнении и относительно недорогие.

Важно: столбчатое основание идеально подходит для лёгких построек весом не больше 1 т/м³. К ним относятся каркасные дома, деревянные бани, садовые и гостевые домики, хозяйственные постройки, навесы, террасы, беседки, летние кухни и т.п.

К преимуществам таких конструкций можно отнести следующее:

1. Монтаж, проектировка и расчёт могут выполняться собственноручно без привлечения специалистов и строительной техники.
2. Такие конструкции можно использовать на любых почвах, за исключением пучинистых грунтов и территорий с высоким УГВ.
3. Столбчатые фундаменты можно применять на склонах и на участках с большим перепадом высот.
4. Для выполнения такого основания не нужно проводить выравнивание территории.
5. Скорость монтажа значительно превосходит сроки создания других оснований.
6. Не нужно обустраивать сложную и дорогую гидроизоляцию.
7. Срок службы столбчатого фундамента значительный (до 50-70 лет).
8. Расходы на обустройство всей конструкции небольшие.

Недостатков у таких конструкций хоть и немного, но они есть:

1. Мелкозаглублённый столбчатый фундамент нельзя обустраивать при возведении стен из кирпича, железобетона, природного камня. Они также не подходят для многоэтажных строений.
2. При выполнении такого фундамента не получится организовать подвальные помещения.

Как выровнять столбчатый фундамент из блоков. Возведение блочного столбчатого основания

Столбчатый фундамент из блоков своими руками довольно прост в обустройстве. Блоки, связываемые бетонным раствором, устанавливаются на основание из щебня и песка. Конечно, такой тип несущей конструкции является весьма удобным и простым в строительстве, однако существует несколько серьёзных ограничений по его обустройству:

• столбчатая основа из блоков не может быть возведена на подвижных пучинистых почвах;
• блочный столбчатый фундамент нельзя строить на слабых типах грунтов: глинистая почва, торф;
• такой фундамент не подойдёт в случае возведения массивных строений.

Достаточно сложным процессом также является обшивка цокольного пространства под возведённым на блочном столбчатом фундаменте домом.

Технология опорно-столбчатого основания

Чтобы обустроить опорно-столбчатый фундамент, необходимо по всему периметру строения, а также под несущими балками установить столбы из бетона с параметрами 40х40х40 см. через каждые три метра. Для формирования каждой опорной точки потребуется 4 блока размерами 20х20х40 см. Поверх блоков кладётся рубероид, который служит гидроизоляцией. Чтобы устроить прочный столбчатый фундамент из блоков 20х20х40 см. для дома 6×6 м., потребуется сделать всего 12-16 опорных точек (столбов).

Обычно подобное основание часто выбирается как столбчатый фундамент для бани или для бытовки. Ведь строительство несложно и достаточно экономично, плюс ко всему не требуется дополнительная гидроизоляция. Подобный фундамент также может быть отличной основой для лёгких каркасных домов, которые не имеют погребов и подвалов.

Мелкозаглубленный столбчатый фундамент. Плюсы и минусы

Мелкозаглублённые основания столбчатого типа часто используются в частном строительстве

По сути, столбчатое основание – это сетка из вертикальных опор с минимально возможным поперечным сечением. Опоры устанавливаются во всех точках здания, где сосредотачиваются максимальные нагрузки (по углам, на пересечении стен, под колоннами, простенками, несущими балками, в месте обустройства печи или камина).

Мелкозаглублённые основания столбчатого типа часто используются в частном строительстве. Они подходят для лёгких каркасных строений, деревянных построек без подвалов, которые несильно нагружают грунт. Такие конструкции простые в исполнении и относительно недорогие.

Важно: столбчатое основание идеально подходит для лёгких построек весом не больше 1 т/м³. К ним относятся каркасные дома, деревянные бани, садовые и гостевые домики, хозяйственные постройки, навесы, террасы, беседки, летние кухни и т.п.

К преимуществам таких конструкций можно отнести следующее:

1. Монтаж, проектировка и расчёт могут выполняться собственноручно без привлечения специалистов и строительной техники.
2. Такие конструкции можно использовать на любых почвах, за исключением пучинистых грунтов и территорий с высоким УГВ.
3. Столбчатые фундаменты можно применять на склонах и на участках с большим перепадом высот.
4. Для выполнения такого основания не нужно проводить выравнивание территории.
5. Скорость монтажа значительно превосходит сроки создания других оснований.
6. Не нужно обустраивать сложную и дорогую гидроизоляцию.
7. Срок службы столбчатого фундамента значительный (до 50-70 лет).
8. Расходы на обустройство всей конструкции небольшие.

Недостатков у таких конструкций хоть и немного, но они есть:

1. Мелкозаглублённый столбчатый фундамент нельзя обустраивать при возведении стен из кирпича, железобетона, природного камня. Они также не подходят для многоэтажных строений.
2. При выполнении такого фундамента не получится организовать подвальные помещения.

Источник: https://interer-stil.ru-land.com/stati/fundament-stolbchatyy-vidy-stolbchatogo-fundamenta

Столбчатый фундамент из блоков фбс. Область применения

Основная сфера применения столбчатых фундаментов из ФБС блоков — частное строительство. Такие основания не отличаются высокой несущей способностью, вследствие чего потенциал их эксплуатации существенно ограничен.

На не склонной к пучению либо слабопучинистой почве на столбчатых фундаментах из блоков могут возводится небольшие каркасные, деревянные либо щитовые постройки — одноэтажные дома, бани, хозяйственные помещения.

Рис. 1.2 : Деревянный дом на столбчатом фундаменте

Если строительство ведется в регионе с песчаными, плотными скальными либо крупнообломочными (гравийными, валунными и галечниковыми) грунтами, несущих характеристик столбчатого ФБС фундамента будет достаточно для строительства полноценных домов из сруба, бруса или пенобетона.

Рис 1.3 : Схема столбчатого фундамента из ФБС

Оптимальная глубина заложения столбчатого фундамента из ФБС (и любых сборных конструкций) — до одного метра, если условия строительства (тип грунта, масса дома) требуют большей глубины заложения, рациональнее обустраивать столбчатые фундамента из заполненных бетоном асбоцементных труб, поскольку закладка ФБС блоков на глубину свыше 1-го метра является крайне трудоемким процессом.

Столбчатый фундамент из ФБС блоков не рекомендуется возводить в следующих ситуациях:

Следует учесть, что указанные достоинства проявляются лишь при приобретении фундаментных блоков высокого качества. Стеновые или пустотелые изделия подходят лишь для щитовых времянок, специалисты их покупать не советуют.

Как построить столбчатый фундамент своими руками для каркасного дома

Возвести столбчатый фундамент своими руками для каркасного дома является отличной идеей. В частности, он малозатратен в плане вкладываемых финансов и труда. Рассмотрим более подробно, как можно рассчитать и возвести фундамент на столбах на своем участке.

Почему столбчатый фундамент?

Анализ всех доступных на сегодня технологий строительства чаще всего сводится к решению, возводить ли ленточный неглубокого залегания или столбчатый фундамент своими руками. В

Выбор основы дома именно на столбах определяется следующими параметрами:

1. Все работы по монтажу можно выполнить самостоятельно, без привлечения крупногабаритной техники.

2. Усадка и высыхание фундамента происходит в течение пары месяцев, что позволяет возвести дом под крышу за один строительный сезон.

3. Расход материалов значительно ниже, чем при строительстве бетонной «ленты».

Столбчатый фундамент под каркасный дом своими руками имеет и минус, которым является то, что организовать подвал под домом не представляется возможным. Еще совсем недавно от столбчатого фундамента отказывались и по причине сложностей с утеплением полов. Но современные материалы позволяют достичь таких показателей энергоэффективности, что дополнительная потребность в теплом подвале для каркасного строения уже не актуальна.

Основные требования и расчеты

Расчеты под столбчатый фундамент своими руками для каркасного дома следует начинать с плана первого этажа. Количество столбов вычисляется по количеству пересечений и стыков несущих стен, как наружных, так и внутренних. В связи с тем, что каркасный дом является легким строением, весом в расчетах можно пренебречь, но при этом обязательно учесть расстояния по длинам стены. Так интервалы между соседними столбами фундамента рекомендуется делать не более 2-3 м.

Следующим шагом будет определение, какой столбовой фундамент предпочтительней использовать в условиях участка. Сейчас доминируют три технологии:

1. Использование готовых монолитных блоков

2. Создание сборных столбов из блоков

3. Монолитная заливка с армированием столбов по опалубке.

Какая бы их трех возможных технологий не была выбрана в итоге, общим для всех них будет сечение столба – 400×400 мм, если опора имеет квадратное сечение, или 400 мм в диаметре, если опоры в сечении имеют круг.

Устройство столбчатого фундамента под легкие дома предполагает неглубокое залегание – на 50-60 см. Благодаря особенностям такого основания данная глубина прекрасно держит дом и на высоко пучинистых грунтах с низкой точкой промерзания.

Итак, как сделать столбчатый фундамент? При создании основания следует участь следующие этапы работы:

1. Подготовка площадки.

С участка под будущим домом снимают плодородный слой, выравнивание производят при помощи песка, который обязательно утрамбовывается.

2. Подготовка ям под столбы.

Производится разметка участка в соответствии с планом дома. В предполагаемых углах строения, на пересечении и стыках всех планируемых стен намечаются места под ямы. Выкапываются углубления из расчета 50 см глубина залегания фундамента плюс 20 см песчаная подушка. Ширина ям должна быть чуть шире сечения столбов, особенно, если планируется монолитная заливка опор с установкой опалубки.

3. Подготовка подошвы под опоры.

На дно ям насыпается крупный песок или гравий мелких фракций, который плотно утрамбовывается. Он необходим для поглощения избытка влаги и более плотной посадки самих столбов.

Установка столбов производится по выбранной технологии – либо готовыми элементами, либо заливкой морозостойких марок бетона в заранее собранную опалубку с дополнительным армированием.

4. Выравнивание столбов по уровню и их обсыпка грунтом.

Для обсыпки рекомендуют использовать глину или песок, который дополнительно проливается обильно водой для более плотного прилегания фракций друг к другу.

5. Обвязка фундамента.

Может проводиться как нижним брусом каркасного дома, так и дополнительным ростверком из армированного бетона.

В основном установка такого типа основания требует обвязки. В некоторых случаях в этой роли выступают ростверк или нижняя обвязка каркасного дома на столбчатом фундаменте.

Каркасный дом представляет собой набор вертикальных и горизонтальных стоек-брусьев, проемы между которыми закрыты сип (сэндвич) -панелями, влагостойкой ОСБ или светопрозрачными конструкциями. Соответственно, нижний горизонтальный брус дома вполне успешно может брать на себя функционал обвязки фундамента.

В этом случае те места бруса, которые непосредственно примыкают к оголовкам столбчатого фундамента, должны быть дополнительно гидроизолированы. В противном случае в местах стыков при перепадах температуры и влажности будет скапливаться вода, которая постепенно разрушит дерево.

Ростверк на столбчатом фундаменте

В некоторых случаях предпочтительнее возводить столбчатый фундамент с ростверком своими руками. Обвязка ростверком значительно дороже рассмотренной выше обвязки брусом, но при этом каркасный дом много проще гидроизолировать снизу, и в целом прочность конструкции сильно возрастает. На таком основании возможно даже возведение одноэтажных зданий из пеноблоков.

Ростверк является бетонной армированной лентой, зафиксированной на столбах основания. Толщина его колеблется от 250 до 400 мм. Обычно специалисты рекомендуют в таком типе обвязки создавать два пояса армирования, чтобы снизить нагрузки на изгиб. Однако если на фундаменте с ростверком планируется возводить исключительно легкие каркасные конструкции, достаточно и одного пояса арматуры.

Ростверк заливается по опалубке, которая предварительно выровнена по уровню. Высота надземной части столбов должна составлять не менее 50 см до нижней грани ленты. Верхняя часть обвязки обязательно должна быть дополнительно гидроизолирована.

Соблюдайте все рекомендации, и вы получите надежное основание для вашего дома!

Читайте также…

Фундамент столбчатый / каркасный дом своими руками

Столбчатый фундамент, как уже понятно из его названия, представляет собой набор отдельных вкопанных в землю столбов. В первую очередь такие столбы
располагаются в местах пересечения стен дома, и вместе с тем они могут располагаться в пролетах между ними. Верхний конец столбов называется оголовком,
нижний — основанием. На оголовки впоследствии будет ставиться дом, поэтому у всех столбов они должны находиться на одинаковом уровне — это будет
уровень пола первого этажа, обычно на высоте 40-50 см от земли. Такой зазор между полом дома и землей необходим, чтобы избежать сырости, от которой
деревянные конструкции нижней части дома (а именно деревянные дома чаще всего возводят на столбчатых фундаментах) быстро сгниют.

Форма столбов фундамента может быть различной — квадратной, прямоугольной, круглой, но больше всего распространены столбы с круглым поперечным
сечением, потому что под такие столбы скважины можно бурить ручным буром. Диаметр столбов может быть самый разный от 15 см и более, но при
строительстве столбчатого фундамента своими руками выбирать придется из следующих диаметров: 150 мм, 200 мм, 250 мм, 400 мм. Скважины именно такого
диаметра можно бурить с помощью большинства продающихся ручных буров. Глубина заложения столбчатого фундамента, как правило, составляет около 2 м (ниже
rong>глубины промерзания). Площадь основания столбчатого фундамента невелика, поэтому чтобы
выдерживать нагрузку от дома он должен опираться на слой грунта с большой несущей способностью
.

Столбики фундамента можно делать из разного материала: дерево, кирпич, монолитный бетон. Деревянный брус или бревно можно обжечь или обработать
антисептиком, чтобы предотвратить (или по крайней мере замедлить) гниение древесины. Так же можно использовать гидроизоляционные материалы, но всё
равно такие столбы будут наименее надежным вариантом.

Кирпичная кладка – вполне приемлемый вариант в плане прочности, однако этот вариант далек от идеала в плане удобства возведения. Складывать столб
из кирпичей непосредственно в самой скважине не представляется возможным. Складывать столб полностью на поверхности земли, а затем опускать его в
скважину – тоже не выглядит быстрым и приятным занятием.

Однозначно лучшим во всех отношениях материалом является монолитный железобетон. Он обеспечивают наибольшую прочность на сжатие, при армировании – и
на растяжение. Армированный монолитный столб не треснет ни под каким действием сил морозного
пучения. Развести бетонную смесь и залить её в вырытую скважину действие довольно простое.

Столбы фундамента могут иметь постоянное
или переменное поперечное сечение. В первом случае это простой цилиндр или параллелепипед, во втором — более сложная форма с уширением в нижней части
столба. Такое уширение позволяет увеличить площадь основания и соответственно увеличить несущую способность фундамента: вес дома будет распределяться
по большей площади. Второе преимущество — это большая устойчивость к морозному пучению грунта. Если столб расширяется внизу, то силы пучения не смогут
выдавить его вверх.

Столбы с уширением в нижней части для столбчатого фундамента. Есть две технологии, позволяющие закладывать такой столбчатый фундамент. Первая технология заключается в том, что под столб роют яму (как правило
квадратной или прямоугольной формы), размеры которой на 20-40 см больше, чем нужно для столба. Затем в этой яме устанавливается опалубка, которая
задает форму будущего столба, в нее ставится арматурный каркас и заливается бетон. После того, как бетон затвердеет, опалубку снимают и засыпают столб.
Такая технология позволяет сделать монолитный железобетонный столб любой формы, но подразумевает относительно большой объем земельных работ и
использование съемной опалубки.

Установка нового столба для фундамента: в вырытую скважину опущена опалубка, которую с боков подпирают распорки. Внутри опалубки — арматурный
каркас.

Другой путь — это технология ТИСЭ, которая была специально разработана для самостоятельного строительства
столбчатых фундаментов. Эта технология предусматривает использование специального фундаментного бура ТИСЭ-ф, который позволяет бурить скважины
диаметром 200 мм, которые имеют в нижней части уширение до 400 мм или 600 мм. Бур ТИСЭ имеет плуг, который может срезать грунт со стенок пробуренной
скважины, в результате в нижней ее части появляется уширение в виде полусферы.

Главными достоинствами столбчатого
фундамента являются простота его строительства и экономичность. Все работы по заложения такого фундамента можно выполнить своими руками в одиночку:
бурение скважины ручным буром, приготовление бетона для заливки одного столба, вязка арматурного каркаса и заливка. Столбы можно заливать по одиночке,
поэтому не необходимости готовить сразу большое количество бетона. Расход бетона на столбчатый значительно меньше, чем на другие виды фундаментов,
равно как и необходимое количество арматуры.

Столбчатый фундамент с ростверком

Ростверк — это верхняя часть столбчатого фундамента, которая связывает отдельные столбы в единую конструкцию.
Устройство ростверка нужно для обеспечения большей устойчивости столбчатого фундамента и равномерного распределения нагрузки от дома между всеми
столбами. Ростверк чаще всего делают в виде ленты из монолитного железобетона. Наличие ростверка не обязательно, по сути его роль выполняет нижний
венец брусьев деревянного дома. Конструкция столбчатого фундамента с ростверком.

Армирование монолитного столбчатого фундамента

Монолитный бетон имеет высокую
прочность на сжатие, но плохо переносит нагрузки на изгиб и растяжение. Чтобы исправить это, фундамент из монолитного бетона необходимо армировать в
тех зонах, где может возникать растягивающая нагрузка. Столбчатый фундамент может испытывать нагрузку на разрыв при действии сил пучения: грунт
примерзает к поверхности столба, при пучении стремится выдавить его вверх, в то время как нижняя часть столба удерживается не промерзающим слоем грунта.
Чтобы от такой нагрузки столб не треснул, необходимо вертикальное армирование. Арматурный каркас состоит из нескольких вертикальных прутков ребристой
арматуры (класс A-III) диаметром 10-12 мм. Армирование надо делать из ребристой арматуры, чтобы обеспечить лучший контакт арматуры с бетоном.
Вертикальные прутки арматуры соединяются тонкой монтажной арматурой, она не воспринимает никаких нагрузок и нужна только для того, чтобы связать
вертикальные прутки в единую конструкцию, поэтому она может быть гладкой и диаметром всего 6 мм.

Для армирования небольших столбов
диаметром 15-20 см достаточно использовать два вертикальных прутка ребристой арматуры. При высоте столба 2 м их можно перевязывать между собой
монтажной арматурой в трех-четырех местах, т.е. через каждые 70-100 см.

Если при строительстве столбчатого фундамента планируется устройство
монолитного ростверка, то его так же необходимо армировать. Армирование монолитного ростверка необходимо для того, чтобы сделать его устойчивым к
изгибающим нагрузкам; без него бетонный ростверк может треснуть при малейшей деформации. Армирование ленточного монолитного ростверка нужно делать так
же, как и у ленточного фундамента, ведь на него точно также будут действовать переменные нагрузки сверху со стороны дома и снизу от пучения грунтов
через сваи (сила пучения действует на столб, а тот давит на ростверк). Необходимо делать два пояса армирования — верхний и нижний; каждый пояс состоит
как минимум из двух продольных прутьев арматуры. При продольном армировании монолитного ростверка используется толстая арматура диаметром 10-12 мм с
периодическим поперечным сечением — именно они будут принимать на себя нагрузку при деформации ростверка. Поперечные прутья арматуры не принимают на
себя нагрузку, они нужны только чтобы связать каркас в единое целое, поэтому они могут быть тоньше – 6-8 мм и могут быть гладкими. Каркас арматуры
должен быть полностью погружен в бетон и находиться в 3-5 см от поверхности ростверка.

Для какого дома можно выбирать столбчатый фундамент?

Как было отмечено выше, опорная площадь столбчатого фундамента невелика по сравнению с другими типами фундаментов
(плитным и ленточным),
соответственно его несущая способность так же меньше, поэтому он используется при строительстве легких домов из деревянного бруса, сруба или каркасных
домов. Так же целесообразно выбирать столбчатый фундамент, когда плотный слой грунта находится очень глубоко и другой тип фундамента на такаю глубину
заложить проблематично. Столбчатый фундамент удобен при строительстве дома на склоне.

Столбчатый фундамент не подразумевает устройство подвала,
ни при каких условиях.

Нельзя закладывать столбчатый фундамент при высоком уровне грунтовых
вод: его основание будет опираться на грунт, насыщенный влагой, такой грунт имеет низкую несущую способность, столбы будут проседать под
весом дома. Кроме того, пробуренные скважины будут заполняться водой, заливать фундамент в таких условиях нельзя.

Читайте так же:

• Фундамент глубокого заложения
  Фундамент глубокого заложения, он же глубоко заглубленный фундамент, — это фундамент, основание которого находится на глубине большей, чем глубина промерзания грунта. Главный смысл заложения фундамента на большую глубину в том, чтобы опереться на плотный слой грунта с большой несущей способностью и возможностью сделать в доме подвальное помещение.

• Мелкозаглубленный фундамент
  Мелкозаглубленный фундамент – это фундамент, который закладывается на глубину меньше глубины промерзания грунта. Мелкозаглубленный фундамент опирается на грунт, подверженный морозному пучению, но, несмотря на это, способен обеспечивать достаточную устойчивость для легких зданий

• Фундамент на винтовых сваях
  Фундамент на винтовых сваях достаточно распространенный в последнее время, за счёт быстроты возведения и невысокой ценой под небольшие дома. Он может использоваться для строительства любых не сильно тяжёлых типов зданий – каркасных, брусовых или бревенчатых, на любых типах грунтов кроме скальных.

• Монолитный плитный фундамент — Монолитная плита
  Плитный фундамент представляет собой монолитную железобетонную плиту, которая укладывается под всей площадью дома. Такой фундамент имеет наибольшую среди всех типов фундаментов опорную площадь, и благодаря этому может обеспечивать устойчивость тяжелого дома даже на грунтах с низкой несущей способностью и высоким УГВ.

• Ленточный фундамент
  Ленточный фундамент представляет собой монолитную дли набранную из блоков ФБС ленту, которая обычно укладывается под всеми стенами дома ниже глубины промерзания. Главный смысл заложения фундамента на большую глубину в том, чтобы опереться на плотный слой грунта с большой несущей способностью и получить возможностью сделать в доме подвальное помещение при не высоком УГВ.

Столбчатый фундамент сделать легко, своими руками

Фундамент – представляет собой опору всего дома, и от того насколько надежна и прочна его конструкция зависит то, насколько долговечным будет всё здание. Для небольших построек, таких как дачные или частные дома с нетяжелыми стенами, бани, некрупные хозяйственные постройки отличным решением является установка столбчатого фундамента. Преимущество таких фундаментов еще и в том, что они хорошо подходят для грунтов с повышенной влагой, а также для грунтов песочного, болотистого и торфяноготипов. Еще одно достоинство таких фундаментов – их сравнительно невысокая цена в сравнении с другими типами оснований для построек. Также столбчатый фундамент довольно прост в монтаже и хорошо подходит для самостоятельной установки. О том, как это сделать поговорим в этой статье, где поэтапно рассмотрим весь процесс установки фундамента.

Устройство столбчатого фундамента

Основой столбчатого фундамента являются опоры, которые заглублены в грунт и частично выступают над уровнем грунта. На этих столбах устанавливается ростверок, который нужен для того, чтобы соединить между собой опоры, он способствует равномерному распределению нагрузки здания. При расположении столбов важно чтобы под всеми углами будущего здания был столб, а также в тех местах, где стены пересекаются и на других участках с повышенной нагрузкой.

Выбор материалов для столбов довольно разнообразен — можновоспользоваться бетонными блоками, кирпичами, древесиной, бетоном, а также бутовым камнем или трубами из металла. Рассмотрим по отдельности каждый из этих материалов.

Столбы из дерева

Сейчас деревянные столбы в роли опор при постройке столбчатого фундамента применяют довольно редко, поскольку они не долговечны. Хотя для фундамента под небольшие строения из древесины, их применение вполне приемлемо. Диаметр столбов из дерева должен составлять от 0,15 до 0,2 метров. Перед тем, как устанавливать такие столбы на них следует нанести специальный состав, которыйзащитит их от процесса гниения, а также будет препятствовать возгоранию. При использовании деревянных столбов, для гидроизоляции лучше всего применять битумные мастики.

Армированные столбы из бетона

Это один из наиболее распространенных материалов, который применяют для постройки столбчатого фундамента. Конструкция таких столбов может бытькак монолитной, так и состоятьиз отдельных блоков из бетона. Приблизительная ширина столбов должна составлять 40см.

Столбы из кирпича-железняка

Для неазглубленного или мелкозаглубленного фундамента можно применять обожженный кирпич. Столбы нужны составлять таким образом,чтобы их ширина былакак минимум 0,38 м.

Трубы из металла или асбестоцемента

Такие трубы используют как столбы при изготовлении несъемной опалубки, в них устанавливается арматура либо их заполняют бетоном.

Для того чтобы рассчитать глубину столбчатого фундамента нужно учитывать различные свойства грунта, такие как уровень нахождения грунтовых вод, его структуру иряд других факторов. Мелкозаглубленный фундамент отличается от заглубленного тем, что первый погружается на 0,4 метров в почву, а второй на 0,15-0,15 метров ниже уровня промерзания грунта.

Столбчатый фундамент – это идеальное решение для таких разновидностей грунта, у которого уровень промерзания находится на глубине 1,5-2 метра. Установка ленточного фундамента в такихусловияхнецелесообразна. В таком случае столб должен быть заглублен на глубину 0,15-0,25 метров ниже уровня промерзания.

От одного до другого столба расстояние должно быть 1-2,5 метров.

Сделать ростверок можно из прочных брусьев. В том случае если здание будет из дерева, то этот брус может выполнять роль закладного венца. Но сейчас наиболее распространено использование монолитного ростверка из бетона, который заливается в деревянную опалубку.

Важная особенность столбчатых фундаментов заключается в том, что их конструкция исключает возможность сделать в постройке подвал.

Расчет столбчатого фундамента

Перед тем как начать работы по установке фундамента в первую очередь необходимо составить проект. Создание проекта лучше всего поручить профессионалам, которых можно найти в любой архитектурной компании.

При расчете в первую очередь определяют, какое количество столбов необходимо установить, материал, из которого они будут выполнены, места установки столбов и другие наиболее важные критерии. Для правильного выполнения расчета необходимо ознакомиться с характеристиками грунта, уровнем его промерзания почвы, глубины залегания грунтовых вод. В интернете есть специальные калькуляторы, которые помогают правильно выполнить расчеты столбчатого фундамента.

Самостоятельная установка столбчато-ленточого фундамента

Земляные работы

Перед тем, как начать устанавливать столбчатый фундамент нужно подготовить участок для будущего фундамента. Для этого необходимо снять лишний грунт и устранить неровности. В том случае, если верхние слои грунта глинистые, то потребуется снять большую часть грунта, и после этого засыпать поверхность песком.

После этого можно приступить к разметке участка, которая выполняется при помощи строительной нити в соответствии с чертежом фундамента. Нить следует натягивать в две линии, располагая их параллельно друг другу, с промежутком, который равен толщине стенок вашего будущего фундамента. При этом нужно контролировать, чтобы в местах пересечения нитей углы были равны 90 градусам. Также нужно обозначить места соединения и пересечения стен, и участки где будет оказываться наибольшая нагрузка на фундамент.

Далее используя ручной бур нужно сделать скважины, в тех местах, где будут установлены столбы. Если вы углубляете столбы на глубину не более одного метра, то не требуется делать дополнительную фиксацию стенок от осыпания, но если глубина составляет более метра, то нужно сделать подпорки из досок, которые будут препятствовать осыпанию грунта.

На дно скважин для столбов нужно засыпать песок, слоем около 0,1 м.

Обустройство столбов для фундамента

Для изготовления столбов используют бетон, но кроме установки столбов, также нужно позаботиться и о гидроизоляции. Для этого нужно взять рубероид и сложить его в два слоя, сформировав трубу требуемого диаметра. Место соединения краев рубероида нужно проклеить скотчем, также скотчем обклеивается получившаяся труба и по окружности. После этого, труба устанавливается до упора в скважину.

Далее нужно сделать армирующий каркас, который создается из проволоки и арматурного прута. Этот каркас устанавливается в скважину, длина каркаса должна быть такой, чтобы верхняя частьпрутьев выступал изскважина приблизительно на 0,15-0,25 м.

После этого приступаем к заливке столбов бетоном. Для начала нужно залить в скважину 0,2-0,25 м бетона и приподнять трубу, чтобы дать бетону растечься, тем самым сделав подошву для столба. Далее следует утрясти бетон чтобы убрать в нем пустоты и пузырьки воздуха, для этого можно воспользоваться глубинным вибратором.

Изготовление ленточной части фундамента

Этот этап начинается с того, что при помощи проволоки и прута изготавливается каркас для армирования. Важно чтобы он был сварен и прикручен к прутам, которые торчат из столбов.

Далее, как и при монтаже обыкновенного фундамента, нужно построить опалубку. Для этого подойдут доски, либо листы фанеры, ДСП и.т.д. Внутрь опалубки нужно уложить материал для гидроизоляции, в качестве которого отлично подходят специальные мембраны, либо полиэтиленовые плёнки.

После этого остается залить фундамент бетоном, что сделать существенно проще при помощи специальной машины-миксера. После того когда бетон будет залит, его нужно также утрясти вибратором.

Установка опорно-столбчатого фундамента

Для небольших легких построек совсем не обязательно устанавливать ленточно-столбчатый фундамент, который требует довольно высоких трудовых и финансовых затрат.В этом случае вполне подойдет опорно-столбчатый фундамент, который более прост в установке и менее затратен.

Земляные работы

Процесс установки столбчатого фундамента начинается с разметки участка. После выполнения разметки нужно снять слой грунта на глубину 15-25 см. В местах установки столбов выкапываем кквадратные котлованы. Далее заполняем их бетоном на глубину 10-15 см, когда он затвердеетможно будет формировать сами опорные столбы.

Монтаж столбов

Сделать столбы для такого типа фундамента можно из кирпича-железняка. Для этого нужно выложить столб, ширина которого должна быть от 38 см, а высота 35-45 см над уровнем грунта. Если расположить кирпичи замкнутым контуром, то внутри столбов останется пустое пространство, в котором при помощи арматуры формируется каркас и потом заливается бетон. Важноследить чтобы столбы находились на однойвысоте. После того как бетон затвердеет, приступают гидроизоляцию столбов. Для этого можно выбрать различные гидроизоляционные материалы, но как правило используют руберойд и битум.

Также можно изготовить столбы из асбестоцементных труб, которые устанавливают в скважины, после чего их заполняют бетоном. Потом трубы слегка приподнимают, чтобы дать бетону возможность растечься, а потомснова заполняют бетономдо уровня на 10-15 см ниже верха трубы. При соединении закладных венцов дома их нужно закрепить к трубам используя уголковые соединения и анкера.

Столбчато-ленточный фундамент своими руками: пошаговая инструкция

Содержание статьи

В строительстве для малоэтажных домов применяются всего четыре основных типа фундаментов: ленточные, столбчатые, свайные и плитные, но в каждом типе могут использоваться несколько вариантов, которые отличаются по конструкции и виду материалов. Выбор конкретного вида устройства фундамента осуществляется для каждого здания индивидуально и зависит от следующих факторов: вида и характеристик грунтов на участке строительства, рельефа местности, наличия грунтовых вод и глубины промерзания грунта в данном климатическом регионе, веса здания.

В некоторых случаях принимаются также сочетания основных типов основания, и один из таких вариантов – комбинированный ленточно-столбчатый фундамент. Мы определим особенности его конструкции, рассмотрим, как можно соорудить столбчато-ленточный фундамент с пошаговой инструкцией, и сделаем разбор типичных ошибок и заблуждений.

Особенности конструкции

Обычный столбчатый фундамент представляет собой конструкцию в виде отдельных столбов, чаще прямоугольной формы, которые устанавливаются под такими несущими элементами здания, как колонны или стойки. Традиционный ленточный фундамент устраивается в виде протяженной ленты, на которую  опираются несущие стены. Если совместить эти два типа фундаментов, то получится конструкция, похожая на свайный фундамент с ростверком, объединяющим сваи. Однако столбчато-ленточный фундамент имеет принципиальные отличия от свайного, которые заключаются в следующем:

• Cвайные фундаменты используются преимущественно в грунтовых условиях со слабыми грунтами, имеющими невысокую несущую способность. Функция сваи заключается в том, что она должна пройти сквозь слой слабого грунта и найти опору в слое с высокой несущей способностью. Чтобы найти этот слой делают геологическое исследование. Поэтому длина свай может достигать 10-ти и более метров. Столбчато-ленточные фундаменты применяются в грунтовых условиях с нормальной несущей способностью основания, при этом заглубление столбов в грунт должно составлять величину, которая всего лишь на 200—250 мм превышает глубину сезонного промерзания грунта, то есть в пределах 1,5 – 2,0 метров.
• Сваи передают нагрузку от здания через нижнюю и боковую поверхность. В отличие от свай, столбы в столбчато-ленточном фундаменте передают нагрузку только через подошву.
• Поперечное сечение свай в большинстве случаев гораздо меньше, чем поперечное сечение подошвы столбов.
• Свайные фундаменты могут применяться практически для любых зданий и сооружений, ленточно-столбчатые фундаменты используются преимущественно для легких строений – одно и двухэтажных жилых домов – каркасных и каркасно-щитовых, деревянных из бруса или бревна, из СИП-панелей, для домов из газобетона, газобетонных и пенобетонных блоков, бань, гаражей, заборов  и т.п.

Единственное общее у этих двух типов фундаментов – это ростверк или лента, которые связывают отдельные опорные элементы конструкции. При этом в ленточно-столбчатом фундаменте лента выполняет те же функции, что и ростверк в свайном – играет роль многопролетной балки на опорах, передающей нагрузку от стен здания на столбы, которые в свою очередь передают нагрузку на грунт. В этом и кроется одно распространенное заблуждение: ленту в ленточно-столбчатом фундаменте считают элементом, который передает часть нагрузки на грунт наряду со столбами.

Важно!  В ленточно-столбчатом фундаменте лента не передает нагрузку на грунт, поэтому при расчете не следует учитывать ее площадь. При подборе количества и размеров столбов учитывается только площадь их подошвы. Кроме того, при устройстве ленты нужно предусматривать подготовку из слоя пенопласта, которую укладывают под ленту, чтобы смягчить воздействие грунта на ростверк при морозном пучении на пучинистом грунте. Вместо пенопласта, можно делать слой песка, который затем удаляется из под ленты, тем самым образуется воздушный зазор. Лента должна висеть!

С тем, что лента в столбчато-ленточном фундаменте играет роль висячего ростверка, связан и характер ее армирования. Лента армируется пространственным каркасом, в котором и верхние и нижние арматурные стержни рабочие.

Пошаговая инструкция по устройству

Устройство ленточно-столбчатых фундаментов производится в следующем порядке:

Расчет

Расчет и подбор количества, габаритов столбов, их расположения. Для расчета нужно иметь: проект дома с точными планировками и данными о конструкции стен и перекрытий, сведения о типе грунтов, глубине промерзания и снеговой нагрузке в регионе строительства. Пример расчета можно посмотреть здесь: ссылка.

Разметка

Разбивка осей здания и расположения столбов в натуре на участке строительства. Разбивку следует производить с использованием точных геодезических приборов – теодолита, нивелира, лазерного уровня, построителя точек и лазерного дальномера, также используют метод диагоналей.

Совет:  Так как от точности разбивки осей будет зависеть правильность всей последующей постройки (по СП 126.13330 «Строительная геодезия» допускается погрешность при разбивке не более 10 мм), то если нет навыков обращения с такими приборами, лучше обратиться к специалистам-геодезистам.

Оси здания закрепляются на участке с помощью обносок, которые забиваются в грунт на расстоянии 1,5 – 2 метра от края траншей или котлована и выравниваются по единому уровню с помощью нивелира или лазерного уровня. После закрепления осей на обносках можно по мере надобности натягивать разметочные шнуры, которыми отмечают оси здания, наружные и внутренние грани лент и столбов.

Подробно про разметку тут: ссылка.

Копка ям под столбы

После разметки осей здания и мест расположения столбов и траншей приступают к откопке ям для столбов. Глубина заложения и размеры столбов должны быть определены ранее при расчете фундамента. В случае, когда по расчету габариты подошвы столба позволяют при откапывании разместиться в яме и работать там, стенки ямы можно сделать вертикальными. Если же габариты подошвы небольшие, то ямы откапывают с откосами. Вынутый грунт следует складировать поблизости от котлована – он понадобится в последующем для обратной засыпки.

На дно ямы укладывается опалубка для подошвы — пленка с запуском на стенки на дно, рубероид по кругу, который прикрепляется к стенке обычными гвоздями. Опалубка нужна чтобы бетон не пересыхал.

Армирование столбов

Изготовление каркасов и сеток для армирования столбов. Столб армируется пространственным каркасом на всю высоту, и сеткой, которая укладывается по подошве. Для вертикальных стержней каркаса следует использовать арматуру диаметром 12—14 мм класса А3 по старой маркировке или А400 по новому стандарту. Длина каркаса принимается с учетом того, что стержни должны выступать над верхней плоскостью столба на 250 мм для связи с лентой, и быть загнуты снизу для установки на сетку подошвы. Для поперечных хомутов пространственного каркаса можно применять арматуру диаметром 6 или 8 мм класса А1 (А240).

Для пространственного каркаса достаточно 4-х стержней, нижние концы которых необходимо отогнуть под прямым углом на 200 мм каждый для установки на сетку и привязки к ней. Хомуты устанавливаются через 300 мм по высоте каркаса. Для сетки нужно использовать арматуру диаметром 10—12 мм класса А3 (А400), стержни которой связываются с ячейкой 150х150 мм. Все соединения стержней между собой и с хомутами осуществляются с помощью вязальной проволоки. Снизу под сетку устанавливаются пластиковые проставки («стаканы»).

Заливка подошвы

На дно ямы укладывают арматурную сетку с привязанным к ней вертикальным пространственным каркасом. Сетка должна быть уложена на специальные инвентарные пластиковые подкладки, обеспечивающие защитный слой бетона.

Нижняя часть заливается бетоном на проектную толщину, обязательно используется глубинный вибратор для уплотнения смеси. Каркас перед бетонированием  надежно фиксируют путем укладки поверху ямы доски, которую прижимают к грунту кирпичом или другим грузом, а стержни каркаса привязывают проволокой к этой доске.

Опалубка под столбы и засыпка

Для изготовления опалубки под столбы используют деревянную доску, фанеру, листы ДСП или ОСП.

Важно! Так как для приготовления бетона используется щебень, песок, цемент и вода, то в составе готовой бетонной смеси образуется так называемое цементное молоко – жидкая субстанция цемента в воде. Если залить бетон в яму без опалубки, что иногда допускают неграмотные строители, то цементное молоко будет просачиваться в грунт, ухудшая тем самым прочностные качества бетона. Поэтому все бетонные конструкции должны сооружаться в надежной опалубке, даже если столб без уширения внизу.

Поверх армокаркаса устанавливается, ранее изготовленная опалубка. Сверху она закрывается пленкой, которая по периметру крепится строительным степлером. Пленка нужна, чтобы в опалубку не попал мусор и грунт.

Далее производится обратная засыпка с послойным трамбованием и проливкой водой через каждые 15 см ручной трамбовкой — брус с перекладиной.

Заливка столбов

Немного песка и пыли все же попадет в опалубку при засыпке, чтобы удалить грязь можно воспользоваться старым пылесосом.

Для заливки нужно использовать бетон класса В15—В20 или марки М200—М250. Если бетон замешивается на площадке, необходимо строго выдерживать пропорции смешиваемых компонентов. Для приготовления бетона в бетономешалке следует придерживаться следующих соотношений: для бетона В15 – 1 мешок цемента : 6 ведер песка емкостью 10 литров : 14 ведер щебня : 4 ведра воды. Для бетона В20 соответственно: 1 мешок цемента : 5 ведер песка : 12 ведер щебня : 3,5 ведра воды.

Подробно про пропорции бетона здесь.

Совет:  В первую очередь следует залить столбы, расположенные на углах дома и пересечениях стен. При этом нужно особенно тщательно выверить правильность установки опалубки и каркасов. После заливки бетоном и схватывания на выступающую арматуру крайних столбов можно натянуть разметочные шнуры и по ним регулировать установку опалубки и каркасов промежуточных столбов.

Заливку бетоном столбов нужно выполнять послойно, слоями в 300—400 мм, уплотняя каждый слой глубинным вибратором.

После заливки столбы укрываются той же пленкой, которая была использована ранее для закрытия от мусора.

Гидроизоляция

Поверхности столбов, соприкасающиеся с грунтом желательно гидроизолировать. Это делается с целью защиты от воздействия грунтовой влаги, которое может привести к коррозии и постепенному разрушению бетона и арматуры. Если опалубка снимается для повторного использования, то поверхности столбов покрывают битумной мастикой за два раза, при этом обратная засыпка не производится, но каркасы опалубки должны быть выполнены более прочными. В случае, когда опалубка не снимается, следует предварительно покрыть мастикой поверхности опалубки.

Траншеи под ленту

После того, как все столбы будут залиты бетоном, откапывают траншеи под ленту. Сечение ленты определяется расчетом при проектировании. В зависимости от конструкции стен дома ширина ленты может быть в пределах 300—500 мм, а высота 300—400 мм. Поэтому траншея выкапывается шириной в соответствии с этими размерами, глубина с учетом толщины щебеночной подушки и проктной высотой цоколя. Например, если сечение ленты 400х400 мм, то ширина траншеи должна составлять 450 мм с запасом для установки опалубки, а глубина – 200-300 мм с учетом щебеночной подушки толщиной 200 мм и слоя пенопласта толщиной 100 мм.

Щебеночная подсыпка осуществляется с тщательным уплотнением поверхностной трамбовкой.

Если грунт непучинистый (песок), то поверх слоя щебенки укладывают слой неплотного пенопласта 100 мм. Он служит демпфером при работе ростверка на изгиб, лента получается висячей (опертой на столбы), это принципиальный момент конструкции, так как если опереть ленту на грунт, то столбы как бы повиснут в грунте и получится не столбчато-ленточный фундамент, а ленточный мелкозаглубленный, рассчитывать его нужно соответствующим образом. Возникает вопрос, зачем тогда вообще столбы?

Если же грунт пучинистый (глина), то делается не щебеночная отсыпка, а песчаная, которая удаляется после заливки ленты, в результате образуется воздушный зазор. Получается висячий ростверк, работают столбы, все как и положено.

Подробно: Какой грунт пучинистый а какой нет.

Опалубка ленты

Опалубку под ленты изготавливают из доски или листовых материалов – ДСП, ОСП, фанеры, из которых собирают щиты. Вначале по шнуру устанавливают крепеж из брусков, которые забивают в грунт по краям траншеи с шагом 800—1000 мм. К стойкам крепят щиты, которые дополнительно скрепляют поверху проволочными стяжками или деревянными брусками, а со стороны наружных стенок упорами. Опалубку изнутри обтягивают полиэтиленовой пленкой – это защитит от просачивания цементного молока.

Армирование ленты

Каркас собирается из 4-х или 6-ти рабочих стержней, два (три) из которых должны быть расположены в нижнем поясе ленты, два (три) в верхнем поясе, и хомутов, скрепляющих рабочую арматуру через 400 мм по длине. Количество рабочих стержней зависит от ширины ленты: если балка шириной 300—400 мм, то достаточно 4 стержня, если 500 и более, то необходимо использовать 6 стержней. Для рабочей арматуры применяются стержни диаметром 12—14 мм класса А3 (А400), для хомутов – диаметром 6 мм класса А1 (А240). Каркас изготавливается секциями длиной по 4—6 м, которые укладываются в опалубку с нахлестом, величина которого должна составлять не менее 40 диаметров арматуры. Если арматура диаметром 12 мм, то величина нахлеста должна быть – 480 мм. Места стыков соединяются вязальной проволокой.

Внешние углы и примыкания не допустимо армировать простым загибом арматуры, обязательно перевязывать П-образными и Г-образными хомутами, как на схеме ниже.

Чертеж правильного армирования углов и примыканий ростверка.

Примыкание столба и ростверка перевязывается как на схеме ниже.

Схема соединения арматурных каркасов столба и ростверка.

Подробно: Как правильно армировать ростверк.

Бетонирование ленты

После установки каркасов необходимо отметить на внутренней поверхности опалубки верхнюю плоскость конструкции, которая будет служить ориентиром при бетонировании. Разметку делают с помощью нивелира или лазерного уровня и разметочной ленты – ее прикрепляют к опалубке строительным степлером.

Заливку бетоном желательно произвести за один прием, для чего следует заказать сразу весь нужный объем на заводе с доставкой миксером. В этом случае гарантированно будет обеспечена нужная марка бетона М200 или М250. При заливке нужно использовать глубинный вибратор для уплотнения смеси, после заливки загладить поверхность конструкции с помощью терок.

Распалубка и гидроизоляция

Снимать опалубку можно после достижения бетоном 70 % проектной прочности. При теплой погоде это происходит через 2—3 недели после заливки.

Важно: Во время набора бетоном прочности необходимо за ним ухаживать: накрывать фундамент полиэтиленовой пленкой, при жаркой погоде периодически поливать водой, не допуская растрескивания поверхности конструкции.

После снятия опалубки боковые поверхности монолитной ленты необходимо покрыть в два слоя битумной мастикой для гидроизоляции.

Типичные ошибки

При устройстве ленточно-столбчатых фундаментов допускают следующие типичные ошибки:

• считают ленту частью фундамента, которая работает так же, как и в обычном ленточном фундаменте, то есть передает нагрузку на основание. Это, прежде всего, приводит к ошибкам в расчете, а практически к подбору недостаточного количества столбов и неправильному определению площади подошвы;
• неправильная оценка грунтовых условий, характеристик грунтов, что также приводит к ошибкам в расчетах;
• неверное определение глубины заложения фундаментов и расположение подошвы столбов выше глубины промерзания грунта, что приводит к недопустимым деформациям вследствие морозного вспучивания грунта;
• недостаточное армирование рабочими стержнями сеток и каркасов, неправильный выбор диаметра и класса арматуры;
• неправильно перевязывают арматуру в углах и сопряжениях столбов и ростверка;
• несоблюдение рецептуры приготовления бетона, неправильный подбор соотношения компонентов;
• устройство столбов без опалубки.

Плюсом использования столбчато-ленточных фундаментов является определенный экономический эффект – удешевление по сравнению с обычным ленточным фундаментом, но только при самостоятельном выполнении большей части работ, так как трудоемкость выше. Минусом – ограниченность применения, невозможность сооружения под зданием подвала или погреба.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Хорошая реклама

Читайте также

различных типов неглубоких фундаментов, используемых в строительстве

Мы объясняем, что такое неглубокий фундамент, различные типы неглубокого фундамента, такие как основание с перевернутой аркой, плотный фундамент, ростверк, комбинированный фундамент, ленточный фундамент и многое другое. где это используется. для разных типов строительства и свойств грунта необходимо понимать, какой тип неглубокого фундамента следует использовать.

Что такое мелкий фундамент?

Неглубокий фундамент определяется как фундамент, ширина которого на больше его глубины или равна .этот тип фундамента известен как неглубокий фундамент, который обычно используется в несущих конструкциях.

Типы фундаментов мелкого заложения:

Ниже приведены различные типы неглубоких фундаментов.

1. Раздвижная опора
2. Комбинированная опора
3. Консольная опора или ремешковая опора
4. Опора на плотной или матовой опоре.
5. Фундамент ростверк.

1. Раздвижная опора:

Что такое подножка?

Раздвижной фундамент — это один из видов фундаментов неглубокого заложения.В этом типе фундамента нижняя часть фундамента постепенно расширяется . Так что нагрузка на конструкцию составляет , распределенная по большой площади и интенсивности нагрузки на основание.

Где используется опора?

Если здание не является многоэтажным, нагрузка на колонну меньше, а несущая способность грунта достигается на меньшей глубине, в этом случае обычно используется раздельное основание, и это экономично.

Почему важно расставить опоры?

Широкая опора важна с точки зрения стоимости.Потому что он экономичен по сравнению с другими фондами.

Различные типы подножия:

• Стеновая опора
• Железобетонная опора
• Перевернутая арочная опора
• Колонная опора или Изолированная опора

i. Стеновая опора:

• Дно этого типа неглубокого фундамента вымощено слоем цементного бетона Brick Bat (BBCC) 1: 3: 6. Ширина этого слоя должна быть в три раза больше толщины стены.Его также часто называют ленточным фундаментом.
• Толщина слоя BBCC должна быть вдвое больше выступа с обеих сторон.
• Ширина самого нижнего слоя кладки должна быть в 2 раза больше толщины стены цокольного этажа.
• Высота каменщика 10 см.

ТАКЖЕ ПРОЧИТАЙТЕ: 8 аспектов для создания сейсмостойкой каменной конструкции.

Если стена находится под большой нагрузкой или несущая способность грунта низкая, тогда необходима ширина основания стены (2 раза больше толщины стены + 2 раза выступ).Так что ширина кладки увеличивается и нагрузка может передаваться на большую площадь бетона.

ii. Железобетонная опора:

Железобетонный фундамент также является одним из видов неглубокого фундамента. Размер основания стены значительно увеличивается, когда стена подвергается большой нагрузке и несущая способность грунта низкая.

В таком случае рекомендуется подложить бетонную подошву под стену из тропического леса. Такой фундамент уменьшает количество кладки.Также снижаются затраты. Под армированное основание укладывается слой бетона толщиной от 7 до 8 см.

iii. Перевернутая опора арки:

• В фундаменте этого типа между двумя столбами сооружается перевернутая арка. Подъем перевернутой арки выдерживают от 1/5 до 1/10 пролета.
• Перевернутая арка должна быть встроена в цементный раствор.
• Боковая опора должна быть спроектирована так, чтобы выдерживать внешнее давление из-за действия дуги.Перевернутая арка уменьшает глубину основания. Так что этот фундамент экономичен в мягком грунте.
• Этот метод реже используется для фундаментов зданий. Но больше подходит для мостов, резервуаров, опор дренажных линий и т. Д.
• Опора с перевернутой аркой больше подходит для мягких грунтов.

iv. Опора колонны или Изолированная опора:

• Этот тип фундамента используется для отдельных колонн.
• Еще ее называют изолированной опорой.
• Основания такого типа бывают круглыми, прямоугольными или квадратными.
• Основания такого типа бывают простые, ступенчатые или наклонные.
• Для высоконагруженных колонн арматура укладывается в бетонное основание в обоих направлениях. Для колонн RCC выдерживается смещение 15 см со всех четырех сторон бетонного основания.

2. Комбинированная опора:

• Комбинированное основание также является одним из распространенных типов неглубоких фундаментов, которые наиболее часто используются.
• Для двух колонн используется комбинированная опора.
• Они имеют прямоугольную или трапециевидную форму.
• Прямоугольная опора используется, когда нагрузка на обе колонны одинакова, и трапециевидная опора используется, когда нагрузка на обе колонны неравна.

Комбинированные опоры используются в следующих случаях:

Когда две соседние опоры перекрываются.

Когда колонна находится очень близко к линии собственности, а фундамент накладывается на линию собственности, тогда основание нагружается эксцентрически.В этом случае используйте эту опору.

3. Консольная или ленточная опора:

Этот тип основания подготовлен путем объединения двух опор RCC с ремнем RCC. Ремень RCC действует только как балка, соединяющая две опоры. Не принимает реакцию почвы снизу.

Где используется консольная опора?

Когда расстояние между двумя колоннами больше и допустимое давление почвы выше, ленточная опора дешевле, чем комбинированная.

4. Плотный или матовый фундамент:

Это типы фундаментов неглубокого заложения, заполняющие плиты ПКК на всей площади строительства или на некоторой ее части. На эту плиту опираются многие колонны, стены. В этом типе неглубокого фундамента используется большое количество бетона.

Где используется плотный фундамент?

1. Несущая способность грунта низкая.
2. Грунт готовится засыпкой.
3. Колонны и стены прилегают друг к другу и перекрывают фундамент.
4. Почва неоднородная с мягкими карманами.
5. Дифференциальный расчет вероятен.
6. Нагрузка на разные колонны сильно различается.

5. Фундамент ростверка:

• Фундамент ростверк применяется при очень высокой нагрузке на колонну и низкой несущей способности грунта.
• При таком неглубоком фундаменте можно избежать глубокого копания.
• Бетонный слой толщиной около 20 см укладывается копанием на необходимую глубину.
• Рулонные стальные балки (RSJ) располагаются поверх слоя бетона с зазором между фланцами двух RSS, в 1,5–2 раза больше ширины фланца или на 30 см, в зависимости от того, что меньше.
• Второй уровень RSS расположен перпендикулярно первому уровню RSJ.
• Пространство между RSJ залито бетоном. Конец RSS должен иметь бетонное покрытие не менее 8 см.
• Бетон, залитый в зазор между RSJ, не принимает никаких нагрузок, он просто защищает RSJ от коррозии.
• В обоих слоях балки RSJ он прикреплен с помощью распорного болта для сохранения расстояния между балками.
• Опорная плита размещается на самом верхнем слое RSJ, и на ней сооружается стальная колонна.

Типы фундаментов мелкого заложения PDF скачать

Связанные

Фундамент мелкого заложения — статья энциклопедии

Неглубокий фундамент — это тип фундамента, который переносит строительные нагрузки на землю очень близко к поверхности, а не на подземный слой или диапазон глубин, как это делает глубокий фундамент.Фундаменты неглубокого заложения включают фундаментов с перекрытиями , матово-плитных фундаментов и плитных фундаментов .

Фундамент с раздельным фундаментом состоит из полос или подушек из бетона (или других материалов), которые переносят нагрузки от стен и колонн на почву или коренные породы. Укладка подстилающего основания регулируется несколькими факторами, включая развитие боковой и вертикальной способности, проникновение мягких приповерхностных слоев и проникновение через приповерхностные слои, которые могут изменить объем из-за морозного пучения или усадочного набухания.

Эти фундаменты распространены в более старом жилом строительстве, в большинстве жилых домов, включающих подвал, а также во многих коммерческих зданиях.

Вариант, который иногда используется на участках с обширной или мягкой почвой, — это фундамент вафельной плиты , где вафельная плита построена с ребрами, опирающимися на почву. Этот вид фундамента создает жесткую плиту, которая сопротивляется изгибу и имеет небольшую площадь контакта, что сводит к минимуму воздействие движения грунта на фундамент.Строительство такого фундамента может быть относительно недорогим, поскольку вафельные формы являются недорогими изделиями массового производства.

Монолитный фундамент

Фундамент «плита на грунте» — это грунтовый фундамент, используемый для передачи нагрузок от конструкции непосредственно на грунт. Фундаменты плиты на уровне грунта бывают нескольких разновидностей: простые плиты перекрытия, фундамент мат-плита и фундамент плит после натяжения . Простые плиты на уровне грунта или плиты на грунте с утолщенными краями используются для легких зданий, в которых почва не склонна к перемещению или где перемещение плиты приемлемо для предполагаемого использования конструкции.

Фундамент мат-плита

Фундаменты из матовых плит представляют собой бетонные плиты на уровне грунта, используемые для распределения тяжелых нагрузок на колонны и стены по всей площади здания, чтобы снизить контактное давление по сравнению с обычными раздельными опорами. Фундаменты из матов и плит можно сооружать у поверхности земли или на дне подвалов. В многоэтажных зданиях фундаменты из матов и плит могут иметь толщину в несколько метров с обширным армированием для обеспечения относительно равномерного распределения нагрузки.

Распределение нагрузок в плите мата помогает уменьшить дифференциальную осадку из-за неравномерных нагрузок на здание.

Фундамент из плит после натяжения

Фундамент из плит с последующим натяжением представляет собой фундамент из плит, армированный тросами с последующим натяжением, чтобы привести бетон в состояние сжатия и минимизировать растрескивание от изгиба. Фундаменты из плит, подвергнутых последующему натяжению, обычно используются в районах с обширной глинистой почвой, особенно в Калифорнии и Техасе, и их строительство часто обходится дешевле, чем плиты, армированные традиционным способом.

Фундаменты из плит, подвергнутых последующему натяжению, спроектированы таким образом, чтобы иметь возможность изгибаться без образования трещин в ответ на движения грунта; они обычно не обеспечивают достаточной жесткости для предотвращения движения.

Внешние ссылки

Современные методы укрепления фундаментов мелкого заложения здания средней школы

ОТДЕЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ АВИАЦИОННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра компьютерных технологий в строительстве
ДИПЛОМ РАБОТЫ
Современные методы усиления неглубоких фундаментов высотой
здание школы
Выполнено: Нечипорчук В.С.
Руководитель работ: к.э.н., Билокуров П.С.
Киев 2020
В диссертации были выявлены следующие вопросы:
— Вопрос об актуальности усиления
учтены базы под банкеты;
— Основные методы и способы усиления
основания (на примере столбчатого основания)
считается;
— Приведены конструктивные варианты оснований;
Расчет арматуры столбчатой ​​
фундамент в программном комплексе Plaxis 3D;
— Другая часть дипломного проекта, например:
архитектурная часть, конструктивная часть, организация из
строительство, техника безопасности и т. д.
Аннотация
Проблема усиления фундамента при реконструкции
г.
дома особенно актуальны в крупных городах. Основная причина коммерческая
привлекательность покупки домов в центральной части города
и
надстройка дополнительных этажей. В результате увеличиваем
нагрузка на фундамент
Основные причины необходимости усиления фундамента
происходит увеличение нагрузки при добавлении построек или изменении их
функциональное назначение, нарушения сцепления кладочных материалов,
разрушение материала фундамента от действия
агрессивные среды, деформации из-за потери прочности или
осаждение оснований.В зависимости от конструкции
основания, а также характер деформаций и причины,
применяется их смелость, различные способы ремонта и усиления
деформированные фундаменты.
Вопрос реконструкции сегодня очень актуален. Ровно
реконструкция уже действующих производственно-жилых
здания — одна из основных проблем современных строителей.
Способы усиления фундаментов неглубокого заложения
Следующие методы следует использовать для ремонта и усиления
основания:
— закачка в тело фундамента из цементного раствора, синтетических смол,
и т.п .;
— устройство железобетонных обойм (рубашек) вокруг существующего
Фонд;
— куртка
— увеличение несущей поверхности основания фундамента
— введение дополнительных опор для разгрузки существующей базы;
— усиление фундаментов сваями.
Армирование тела фундамента инъекцией цементного раствора или
синтетические смолы производятся путем сверления отверстий в теле фундамента или отверстия
отверстия, установка форсунок и пропитка через них под давлением
фиксирующий раствор, заполняющий трещины, пустоты, ослабленные участки.
При армировании фундамента железобетонными хомутами по
связи с существующим фундаментом фиксируются хомутами с помощью стержней.
Для обеспечения сцепления нового бетона со старым необходимо
очистить поверхность от старого бетона промывкой водой под давлением,
химикаты (например, раствор соляной кислоты), сухим или влажным пескоструйным методом
методы с последующей насечкой перфораторами или отбойными молотками.
Основные причины
методы
дома
элемент
Методы и
усиление
фундаменты
по jacketing
усиление
Если нет возможности увеличить несущую способность фундамента — увеличьте
площадь фундаментов.Увеличение площади выполняется двумя способами: без
сжатие грунта основания и с предварительным сжатием. В первом случае прирост
площадь осуществляется с помощью дополнительных частей (банкеток), которые могут быть односторонними
(с нецентральной нагрузкой) или двусторонний (с центральной).
Укрепление фундаментов опалубкой (площадь расширения фундамента) —
широко используемый. На практике этот метод применяется неоднократно, но его главный недостаток —
требуется выкопать грунт до основания фундамента, который в некоторых случаях имеет высокий уровень
затраты по экономической и трудоемкой части.
Конструктивные методы усиления фундаментов неглубокого заложения с
Выбор метода армирования и реконструкции фундамента мелкого заложения
фундаментов (как ленточных, так и столбчатых) зависит от причин, по которым требуется такое усиление, модель
конструктивные особенности существующих фундаментов и почвенные условия участка.
Используемые в таких случаях методы делятся на следующие группы:
—
—
В условиях разрушения материала фундамента недостаточная несущая способность модели
фундамент и необходимость частичного увеличения нагрузки, применяется армирование кладки по
заливка цементного раствора в полости, замена слабого участка фундамента, установка
зажимы из бетона или железобетона без расширения или расширения фундамента
При большой толщине слабых грунтов d фундамент, коррозия или другое разрушение
фундамент, необходимость увеличения глубины кладки или изменения подземной части
здания осуществляем поставку конструктивных элементов (плиты, колонны) под существующие
основы.Поставка колонн и перекрытий выполняется в шахматном порядке или сплошной
стена.
Расчет и проектирование усиления фундаментов мелкого заложения необходимо выполнять в
.
в соответствии со стандартами
При увеличении площади подошвы фундаментов необходимо учитывать
увеличение глубины активной зоны фундаментов и различных фундаментов
деформационно-прочностные характеристики грунтов под подошвы существующих фундаментов и
под пристройки.
Тип усиления фундаментов мелкого заложения
Расчет армирования фундаментов в Plaxis 3D
Для математического моделирования закладки фундаментов мелкого заложения ленточного типа с устройством
В качестве домкрата в основе выбран программный продукт Plaxis 3D, который основан на использовании модуля
численный метод конечных элементов.
Расчетный комплекс Plaxis является целевым комплексом геотехнического комплекса
.
программа конечно-элементного анализа напряженного состояния системы «фундамент здания» в квартире
и пространственная установка.Все модели использованных материалов, основаны на соотношении между
скорость изменения эффективных деформаций и скорость деформации. Такая зависимость
можно представить так
M- матрица жесткости материала.
В уравнении тензоры скоростей изменения напряжений и деформаций
представлены в векторной форме и включают шесть декартовых компонент (для пространственной задачи)
При разработке определенных моделей материалов используются основные напряжения, а не
Компоненты декартовых напряжений.В случае плоской или осесимметричной деформации главные напряжения составляют
рассчитывается на основе декартовых напряжений по формулам:
В Plaxis основные напряжения находятся в
алгебраическая последовательность
, здесь
— наибольшее сжимающее напряжение.
Расчет арматуры фундамента в Plaxis 3D
программный пакет
Плоская деформация и осевая симметрия, указывающие геометрические типы, описанные в исходном коде) — это компьютер
программа, которая выполняет анализ методом конечных элементов (FEA) в области геотехнической инженерии, в том числе
деформация, устойчивость и поток воды.Процедуры ввода позволяют расширенным средствам вывода обеспечить
подробное представление результатов расчетов. PLAXIS позволяет новым пользователям работать с пакетом только после
несколько часов обучения.
Характер распределения основных вертикальных напряжений в массиве
грунта при моделировании работы ленточного фундамента (нагрузка на
фундамент 300 кН) на площадках на уровне подошвы фундамента (а) и на уровне грунта (б)
Выводы к научным исследованиям
1.При организации банкетов на уровне поверхности почвы грунт под банкетную
задействуется в работе при увеличении нагрузки, что обеспечивает усиление эффекта.
2. По сравнению с вариантом организации банкетов на уровне подошвы эффект
прирост составляет 60% процентов.
• Генеральный план

11. Архитектурная часть

Выберите деревья, растения, которые не повредят фундамент

До весны всего несколько недель, и садовники Висконсина уже планируют, как они будут украшать свои дворы в этом году.Строя свои планы, обязательно подумайте о том, чтобы сохранить фундамент в безопасности, выбирая растения и деревья и решая, где их посадить.

Когда дело доходит до деревьев, подумайте, какой они вырастут, какой ширины и где вам нужно будет поставить их, чтобы они отбрасывали тень, — советует Джим, блогер Your Garden Sanctuary. Джим работает в отделе дизайна и строительства в компании по уходу за садом и ландшафтным дизайном на юге Висконсина. Он также был садоводом и эстетическим секатором в высококачественном японском саду, а также внештатным консультантом по саду.

Чтобы в доме было прохладно, прикрывайте полденное солнце, которое попадает под более низким углом. «Чтобы получить наиболее полезную тень в доме, вы должны разместить тенистое дерево примерно в 20 футах от дома», — говорит Джим.

Если посадить деревья слишком близко к дому, могут возникнуть три основные проблемы:

1. Механическое повреждение от корней, оказывающих давление на фундамент.
2. Колебания влажности почвы, вызывающие расширение и сжатие почвы, а также давление на фундамент.
3. Опасности, например, падение веток на дом.

По словам Джима, у некоторых деревьев корни растут настолько агрессивно, что их не следует сажать даже в 20 футах или более от дома. В их числе:

• Тополь, тополь и осина (Populus): Они ищут воду благодаря своей широко распространенной корневой системе. Они одни из худших, чтобы сажать их возле домов.
• Клен серебряный (Acer saccharinum): Мелкие и плотные корни могут проникать в основания.
• Клен обыкновенный (Acer platanoides): Поскольку их корни находятся у поверхности, эти деревья известны тем, что поднимают и перемещают бетон.
• Ивы (Salix spp.): Корни ивы уходят глубоко, чтобы закрепить деревья и получить влагу. Они проникнут в ваш дом, в септические системы и системы водоснабжения.
• Вяз американский (Ulmus americana): Вяз американский имеет глубокие корни, которые часто забивают канализационные линии и стоки. Их также следует держать подальше от всего, что связано с водой.

Двое других, которых следует избегать возле вашего фундамента: ольха черная (Alnus glutinosa) и саранча (Robinia pseudoacacia).

Итак, теперь, когда мы знаем, что нельзя сажать, какие растения рекомендуются для расположения вблизи фундаментов? Эти предложения высказывает Никки Фиппс из GarndingKnowHow.com.

• Маленькие декоративные деревья, , такие как кизил, красный бутон, японская карта, креп мирт и звездчатая магнолия.
• Вьющиеся растения для почвопокровных растений, такие как лириопа, плющ, можжевельник стелющийся, барвинок и душистый древесный плод.Держите их на расстоянии не менее 12 дюймов от фундамента.
• Низкорослые кустарники тис, можжевельник, самшит и падуб. Оставьте расстояние не менее 3 футов между растениями, чтобы избежать перенаселенности.
• Древовидные вечнозеленые кустарники , такие как восковой мирт, лигустр или вишневый лавр, подходят для небольших участков. Держите их на расстоянии не менее 5 футов от дома.

Какие бывают типы фундаментов мелкого заложения?

Фундамент можно назвать неглубоким, если его ширина равна или больше его глубины; такие важные компоненты здания размещаются непосредственно под нижней частью колонны или стены.Фундамент — это структурный элемент, используемый для передачи нагрузки от колонны или стены на большую площадь, чтобы соответствовать требованиям несущего давления грунта. Он может быть построен на кирпичной кладке, бетонных и композитных материалах.

История модернизации опор:

Кладочная опора:

Фундаменты — это, очевидно, самая старая форма неглубокого фундамента; точнее, фундамент означал неглубокий фундамент. С развитием железобетона фундамент из кирпича и ростверка были практически полностью уничтожены.До середины 19 века большинство опор было каменным; в зависимости от размера каменных блоков они назывались по-разному, например, если опоры, построенные из камня, шлифовали и обрезали до нужных размеров, это называют опорами из размерного камня. Иногда булыжники случайного размера приклеиваются раствором для образования фундамента. Такие опоры считались достаточными для поддержки большинства конструкций, пока не были построены высокие здания. Тяжелые нагрузки на колонны высоких зданий требуют тяжелой и большой опоры, которая займет ценные места в подвале.

Фундамент ростверк

Потребность в больших площадях для опор была увеличена собственным весом опор, что было впервые решено путем введения ростверкового фундамента. Обычно деревянные ростверки поддерживались обычными каменными элементами фундаментов. Древесина впервые была заменена на стальные рельсы (рельсы железной дороги), залитые бетоном в 1891 году. Этот рельсовый ростверк считался значительным улучшением фундамента ростверка, поскольку он уменьшал собственный вес опор и предоставлял больше пространства для подвала.

Железнодорожные рельсы были заменены стальными двутавровыми профилями, чтобы повысить рентабельность проекта, но за счет занятия некоторых дополнительных площадей. Стальные двутавровые балки обеспечили дополнительное преимущество, выполняя требования консольных опор, которые впервые были использованы в 1887 году в Чикаго. На следующем рисунке показаны различные типы опор, использовавшиеся в 19 веке. С появлением железобетона сразу после 1900 года старые опоры, описанные выше, были заменены на опоры из ж / б, которые до сих пор доминируют в строительной отрасли.

Разница между фундаментом и фундаментом

Вы можете заметить, что при обсуждении неглубокого фундамента мы где-то потеряли термин «фундамент» и заменили его на опоры. Разве это не сбивает с толку, если рассматривать фундамент как опору? На онлайн-форуме было проведено или продолжается несколько обсуждений этого спора; здесь наша попытка прояснить это.Форум, вероятно, является единственным средством массовой информации, которое знает об этом, поскольку мы не нашли ни одной статьи или книги, чтобы объяснить это как ссылку. Начнем с определений:

Основание:

Фундамент — это элемент фундамента, который может быть построен из кирпичной кладки или бетона для поддержки стены или колонны для распределения нагрузок. прямо над ним на большой площади контакта. Иногда фундаменты используются как синонимы неглубоких фундаментов.

Фонд:

Фундамент — это элемент конструкции, возводимый непосредственно над поверхностью земли, на которую должны передаваться нагрузки колонны или стены.Многие определили фундамент как группу опор, которая поддерживает всю конструкцию.

Самая нижняя часть фундамента — опора; таким образом, можно сказать, что все основания должны быть частью фундамента, но все основания не являются основаниями. Четкая ссылка доступна в австралийском строительном стандарте, где фундаменты определяются как слои или грунт, на которые опирается основание, и не являются компонентом строительной конструкции. При его определении не упоминаются такие типы фундамента, как подушечный, ленточный или свайный; Например, когда подушечный фундамент опирается на глинистый грунт, интересно объясняется, что подушечное основание опирается на глиняный фундамент.Это очень сбивает вас с толку даже меня, но это правда. Это полностью меняет все обычные представления о фундаменте, скажем, когда мы говорим об осадке фундамента, мы должны рассматривать только осадку грунта или других материалов основания.

Как правило, фундамент конструкции может иметь одну или несколько опор, которые могут иметь одинаковый размер / форму или различаться в зависимости от нагрузок на отдельные опоры. Фундамент — это несущий элемент здания, который состоит из группы опор, установленных в самой нижней его части.Фундаменты являются преобладающим конструктивным элементом неглубокого фундамента, который может быть раздельным, консольным, ленточным и комбинированным, который можно назвать плотом, когда он покрывает большую площадь конструкции. Термин «фундамент» может использоваться как для глубоких, так и для неглубоких фундаментов, которые иногда не имеют опор, таких как кессоны, фундаменты колодцев, микросваи и т. Д.

Типы фундаментов мелкого заложения:

Опоры колонны:

Это также называется изолированной опорой.Эти опоры выбраны для поддержки одной колонны; очень часто они имеют квадратную форму и опоры с одинарной нагрузкой размещаются непосредственно по центру, если нет ограничений по пространству. Но в зависимости от положения столбца относительно строки свойств и расстояния между соседними столбцами они могут быть прямоугольными и круглыми. Обычно опоры имеют одинаковую толщину, но есть исключения. Фундаменты круглой колонны могут быть круглыми или квадратными, при расчете напряжений на фундаментные плиты круглая колонна рассматривается как квадратная колонна эквивалентной площади.В случае круглых опор соблюдаются основные принципы проектирования. Рекомендуется, чтобы толщина опоры по краю была не менее 6 дюймов [когда опоры опираются на грунт]; в случае опоры на сваи, эта толщина не должна быть менее 12 дюймов над вершиной свай.

Ступенчатая опора:

Как обсуждалось выше, простейшая форма — это одинарная плита, но между плитой и колонной может быть крышка или пьедестал.Пьедестал предназначен для передачи звуковой нагрузки и в некоторых случаях обеспечивает необходимую длину развертки для дюбелей. Эта форма опор колонн называется ступенчатыми. Все компоненты ступенчатого фундамента должны быть построены одновременно, чтобы обеспечить монолитное действие.

Наклонные опоры:

У этих опор простые плиты, но эти плиты имеют наклон к краю. Это экономит бетон по сравнению с крутыми опорами. Но дополнительные затраты, связанные с дополнительными трудозатратами на создание наклонной поверхности (включая опалубку), обычно ступенчатые опоры оказываются экономичными с учетом обоих факторов.Обычно фундаменты колонн с перекрытием экономичны до толщины 3 фута

Ленточные и стеновые опоры:

Стеновые опоры обычно используются для несущих стен. Обычно это железобетонные длинные элементы, имеющие небольшую глубину и равномерную ширину. Когда колонны расположены слишком близко для размещения опор колонн, можно также использовать ленточные опоры; аккомодация означает, что ноги не должны перекрывать друг друга, не касаться друг друга или почти не касаться друг друга.Количество близко расположенных опор колонн считается неэкономичным по сравнению с ленточным фундаментом. Ленточный фундамент часто называют непрерывным.

Опоры стен могут быть из простого цементобетона (PCC) или из железобетона; Ленточные опоры PCC выбираются для более легких конструкций и при благоприятных почвенных условиях. Когда грунт имеет низкую несущую способность и конструкция оказывает относительно высокое давление, опоры PCC неэкономичны и заменяются железобетонными опорами. В простых бетонных фундаментах минимальная толщина фундаментов должна составлять 150 мм; который дополнительно увеличивается до 300 мм в случае связного грунта, чтобы противодействовать давлению набухания.Толщина опор в любом сечении должна быть достаточной, чтобы противодействовать напряжению, возникающему на нижней стороне опоры (действовать как консоль).

Причина, по которой простые бетонные фундаменты неэкономичны; они требуют толстой опоры; обычно толщина выдерживается в два раза больше длины выступа от лицевой стороны стены; 45 ⁰ Распределение нагрузки очень распространено, что снижает напряжение растяжения на нижней стороне. Для толстого фундамента с большим выступом может быть предусмотрена наклонная верхняя поверхность для экономии проекта; Хотя при смете следует учитывать дополнительную стоимость работы с формой.

В случае сильно нагруженных стен, опирающихся на слабый грунт, рекомендуется использовать ленточный железобетонный фундамент. Толщина опор определяется исходя из изгибающего момента и сдвига с учетом надлежащего запаса прочности.

Ленточный фундамент и решетчатый фундамент

Ленточный фундамент — это один из типов комбинированных фундаментов, который может поддерживать более двух колонн. Ленточный фундамент поддерживает ряд колонн. Когда близко расположенные ряды столбцов не могут быть размещены без перекрытия, полосы предусмотрены в обоих направлениях.Первый комбинированный фундамент известен как непрерывный ленточный фундамент, а второй — как решетчатый фундамент. За исключением ограничения пространства между столбцами, иногда может потребоваться разместить столбец на линии собственности, что также требует комбинированного фундамента, такого как ленточный или решетчатый фундамент.

Ленточные опоры создают большую площадь опоры, что приводит к меньшему давлению на опору в нижней части опоры, что часто приводит к более экономичной опоре по сравнению с опорой из одной колонны, поскольку полоса рассматривается как непрерывные балки, которые будут подвергаться значительно меньшим консольным моментам, чем те, которые появляются в широком одиночные опоры, выступающие далеко от лицевой стороны колонны по всем направлениям; Следует иметь в виду, что критические секции на данный момент находятся перед колонной.

Две опоры колонны

Комбинированные опоры можно разделить на категории в зависимости от количества колонн, они представляют собой опоры, поддерживающие две колонны и поддерживающие более двух колонн. ленточные фундаменты второй категории. Две опоры колонн можно дополнительно разделить на категории на основании их геометрической формы и связи между колоннами.

Прямоугольная и трапециевидная опора

При проектировании любого типа комбинированной опоры желательно создать равномерное опорное давление по всей площади опор, чтобы предотвратить любую тенденцию к опрокидыванию.Для достижения этого центра тяжести выбранной площади основания должна совпадать с равнодействующей нагрузок на колонну. Для этого площадь двух опор колонн в плане может быть задана прямоугольной, Т-образной или трапециевидной.

Ленточная или консольная опора

Другой метод, который может быть успешно использован, когда отдельная опора не может поддерживать внешнюю колонну в ее центре, — это поставить внешнюю колонну на опору эксцентрически и соединить ее с ближайшим внутренним основанием с помощью ремня или, проще говоря, балки.С помощью этой планки тенденция к наклону внешней эксцентриковой опоры уравновешивается нагрузкой внутренней колонны (обычно внутренняя колонна нагружается тяжелее внешней колонны). Эта опора называется ленточной, соединенной или консольной опорой.

Эксцентричное размещение колонны на внешней опоре приведет к значительному неравномерному опорному давлению. Обе опоры должны иметь такую ​​пропорцию, чтобы равномерное давление в подшипниках распределялось на обе опоры при рабочей нагрузке.Он должен быть равномерным и ровным. Поскольку внутренняя колонна расположена концентрично опоре, результирующее восходящее давление будет коллинеарно
нагрузке на колонну. Но в случае внешних опор, возникающие в результате восходящего давления и нагрузки, не коллинеарны и создают пару, которая уравновешивает напряжение, возникающее в результате эксцентриситета колонны по отношению к внешней зоне опоры.

Хотя ремешок обычно монолитно сконструирован с опорой, давлением почвы, действующим на ремешок, можно безопасно пренебречь, поскольку опора спроектирована таким образом, чтобы противодействовать общему давлению вверх, учитывая, что ремешок не существует.допущения, сделанные при проектировании ленточных опор:

Экспериментальные исследования на месте уплотнения перекрывающих пород для фундамента столбчатой ​​базальтовой плотины

Каменный массив фундамента плотины на Байхетанской гидроэлектростанции на реке Цзиньша в основном состоит из столбчато-сочлененного базальта с развились разломы и трещины. Принимая во внимание неблагоприятные факторы, такие как ослабление разгрузки или раскрытие трещин из-за взрывных работ при выемке грунта, для улучшения целостности массива горных пород основания плотины требуется затирка уплотняющего раствора.В соответствии с физико-механическими свойствами столбчатого сочлененного базальта и непрерывностью конструкции экспериментально изучается эффективность цементации перекрывающих пород. Результаты показывают, что эта технология цементации, очевидно, может улучшить целостность и однородность массива горных пород основания плотины и снизить проницаемость массива. После цементирования среднее увеличение волновой скорости горного массива составляет 7,3%. Среднее улучшение модуля деформации после заливки раствором составляет 13.5%. После затирки проницаемость 99% контрольных отверстий в испытательной секции Lugeon имела значения Lugeon не более 3 LU. Это значительное усовершенствование, которое может быть использовано в инженерных приложениях.

1. Введение

Безопасная эксплуатация арочной плотины зависит от безопасности основания плотины, конструкции плотины, гидравлического устройства и водной среды резервуара. Фундамент арочной плотины при нормальной эксплуатации испытывает огромные гидравлические нагрузки. Китай построил много плотин, но с развитием науки и технологий и совершенствованием инженерных технологий многие плотины были построены в сложных геологических условиях [1].Гидроэлектростанция Xiaowan, гидроэлектростанция Xiluodu и 180-метровая гиперболическая арочная плотина Катсе в Лесото построены на базальте. Однако базальтовый участок Байхетанской арочной плотины более сложен. Базальт на участке Байхетанской плотины характеризуется неравномерными и волнистыми столбчатыми трещинами, неправильным и неполным цилиндрическим сечением, низким уровнем развития неявных трещин и низким модулем деформации, развитием поясов сдвига, низкой прочностью на деформацию и сдвиг, а также плотностью трещин в некоторых литологических сегментах [ 2].Столбчатые соединения и микротрещины в свежих столбчатых сочлененных базальтах представляют собой жесткие структурные поверхности, закрытые под ограничивающим давлением, легко открываемые и расслабляющиеся после сброса ограничивающего давления [3–18]. Он не может удовлетворить требования достаточной несущей способности и устойчивости горного массива основания плотины как арочной плотины. Для увеличения сопротивления деформации фундамента, улучшения сопротивления сдвигу и просачиванию поверхности конструкции, предотвращения релаксации разгрузки коренных пород на поверхности фундамента, уменьшения воздействия раскрытия поверхности трещин взрывных работ при земляных работах и ​​улучшения целостности горной массы фундамента плотины. , необходимо провести испытание на цементный раствор для фундамента плотины, изучить и доказать возможность и надежность горного массива в качестве основания арочной плотины после цементации, а также предоставить рекомендации для разумного проектирования и определения параметров строительства цементного раствора консолидации горного массива в площадь плотины.Типичные базальтовые столбчатые швы типа І показаны на рисунке 1.

Некоторые ученые изучили технологию предотвращения просачивания при армировании фундамента плотины для различных массивов горных пород. Wu et al. [19] изучали деформацию базальтового фундамента арочной дамбы Ксилуоду. Деформация горного массива основания плотины во время земляных работ постоянно отслеживалась, и был сделан вывод об отсутствии длительной разгрузочной деформации горного массива основания плотины. Fan et al.[20] обнаружили, что когда дамба гиперболической арки Катсе, построенная на базальте, была выкопана до русла реки, из-за высокого горизонтального напряжения произошло коробление базальтового слоя и мягкого брекчированного слоя. Develay et al. [21] изучали строительство главной плотины проекта водного хозяйства Байсе на диабазовых дамбах и использовали цементный раствор для укрепления слегка выветриваемых горных массивов. Хомас и Томас [22] провели полевые и лабораторные испытания цементного раствора в трещиноватом массиве горных пород и получили лучшее представление о давлении затирки и затирочных материалах.Чжао [23] использовал методы химической заливки и замены бетона для обработки слабых слоев горных пород в фундаменте гидроэлектростанций Эртан и Шапай. Кроме того, Ли и Тан [24] изучали анкеровку горных пород и заливку цементным раствором. Карл [25] изучал использование чешуйчатого гранита в качестве основания плотины. Туркмен и др. [26] использовали цементный раствор для решения проблемы просачивания карстового известнякового фундамента плотины Каледжик (юг Турции) и построили цементную завесу длиной 200 м и глубиной 60 м вдоль плотины. Kikuchi et al.[27] изучили улучшение механических свойств фундаментов плотин за счет цементации соответствующего массива горных пород и пришли к выводу, что цементация может улучшить однородность и деформацию массивов горных пород. Salimian et al. [28] изучали влияние цементного раствора на характеристики сдвига скальных швов, и результаты показали, что цементный раствор положительно влияет на прочность породы на сдвиг. С уменьшением водоцементного отношения прочность цементного раствора на сжатие увеличивается, но его прочность на сдвиг не обязательно увеличивается.

В предыдущих исследованиях это может указывать на то, что столбчато-сочлененный базальт редко упоминается как инженерный случай фундамента высокой арочной плотины, а также мало ученых, которые проводят исследования по технологии армирования столбчато-сочлененного базальта в качестве основания арки. плотина. Столбчато-сочлененный базальт, использованный в качестве фундамента высокой арочной дамбы, встречается редко. Из-за наличия столбчатых швов и при совместном действии удара, падения и напряжения на месте деформация сдвига часто происходит вдоль забоя выемки с увеличением глубины выемки.Для увеличения сопротивления деформации фундамента, уменьшения воздействия взрывных работ, вызванных земляными работами, раскрытие поверхности трещины в основании плотины, а также для повышения сопротивления проницаемости структурной поверхности и целостности горного массива фундамента плотины. В соответствии с физико-механическими свойствами столбчато-сочлененного базальта, которые требуют тщательного исследования, принят метод цементации перекрывающих пород для уменьшения скального массива фундамента плотины и выработки котлована при разгрузке отскока и повреждений.Кроме того, столбчатые швы в мелком базальте открываются за счет релаксации напряжений, и это также решает проблему растрескивания при использовании цементного раствора бетонного покрытия [29–31], эффективно улучшая сопротивление деформации и сопротивление проницаемости структурной плоскости при сдвиге; кроме того, этот подход подходит для использования при непрерывном строительстве фундамента высокой арочной дамбы.

2. Обзор проекта

2.1. Краткое описание проекта

Гидроэлектростанция Байхетан расположена в уезде Ниннань провинции Сычуань и уезде Цяоцзя провинции Юньнань, ниже по течению реки Цзиньша, главного притока реки Янцзы.Станция связана с гидроэлектростанцией Удонгде и примыкает к гидроэлектростанции Ксилуоду. Расположение Байхетанской ГЭС показано на Рисунке 2.

Заграждение представляет собой бетонную арочную плотину с двойным изгибом с высотой верхней точки плотины 834 м, максимальной высотой плотины 289 м, толщиной арочной крыши 14,0 м, максимальная толщина торца свода 83,91 м, в том числе максимальная толщина расширенного фундамента 95 м. Длина дуги вершины плотины составляет примерно 209.0 м, разделенный на 30 поперечных стыков, и 31 участок плотины. Бетонная подушка установлена ​​выше отметки 750,0 м, основание участка плотины расширено, но продольные швы в дамбе не устанавливаются. Нормальный уровень воды в водохранилище составляет 825 м, а общая вместимость высокого водохранилища составляет 20,627 млрд. М 3 ³ . Установленная мощность электростанции — 16000 МВт, среднегодовая генерирующая мощность — 62,521 млрд кВтч.

2.2.Инженерная геология Правобережья

2.2.1. Литология формации

Коренная порода на участке плотины в основном состоит из базальта (P ₂ β ₃ ~ P ₂ β ₆ ) формации Эмейшан, которая в основном состоит из микрокристаллических и скрытокристаллических базальтов. Далее следуют порфировидные базальты с миндалевидными кристаллами, с прослоями базальтовых брекчированных лав и туфов. Столбчатые соединения в этом базальте образуют колонны разного размера и длины, которые можно разделить на три типа в соответствии с их характеристиками развития (см. Таблицу 1).Базальты и четвертичные аллювиальные слои в основном обнажаются у основания плотины ниже 600 м на правом берегу. Слои базальта с порами миндалевидной формы выходят на поверхность от Р ₂ β ₃ ⁴ выше отметки 590 м; в P ₂ β ₃ ^3-4 , слои обнажения скрытокристаллического базальта на высоте 590 ~ 580 м и ниже на высоте 580 м; в P ₂ β ₃ ³ , слои базальта столбчато-сочлененного типа I с диаметром колонн 13 ~ 25 см и микротрещинами, развитыми внутри колонн.

II 06 06 возвышение 545 м, слой P 2 β 3 2-3 ​​ слой — лава брекчия.В P 2 β 3 3 столбчатые базальты с диаметром колонн 13 ~ 25 см в основном обнажаются в правом берегу основания плотины. Выше P 2 β 3 3 — слои P 2 β 3 3-4 скрытокристаллический базальт. Покрытие русла реки — песок, мелкий гравий и беленый камень. Толщина фундамента плотины составляет от 11,8 м до 26,85 м, высота самой нижней коренной кровли — 552.41 мес. Породный массив фундамента в основном состоит из столбчатого базальта первого типа в основании слоя P 2 β 3 3 и брекчированной лавы P 2 β 3 2-3 слой. Подстилающий массив горных пород представляет собой второй тип столбчатого базальта в слое P 2 β 3 2-2 и кристаллический базальт в слое P 2 β 3 2-1 слой.Глубокая часть (высота до 500 м) представлена ​​брекчированной лавой в слое P 2 β 3 1 и скрытокристаллическим базальтом, порфировым базальтом и кристаллическим базальтом. Толщина брекчированной лавы в слое P 2 β 3 2-3 ​​ составляет 6,60 ~ 10,40 м, а высота дна обычно составляет 550 ~ 520 м слева направо. Толщина столбчатого базальта в слое второго типа P 2 β 3 2-2 составляет 25.70 ~ 27,70 м, а высота этажа обычно составляет 520 ~ 490 м слева направо. 2.2.2. Характеристики столбчато-сочлененного базальта Считается, что охлаждение и сжатие магмы сформировали столбчатые сочленения в районе Байхетанской плотины. Столбчато-сочлененный базальт образован химическими реакциями хлорита, каолинита, эпидота и тремолита, а в заполнителях столбчатых трещин преобладает хлорит. На участке плотины залегает столбчато-сочлененный базальт I типа с высокой плотностью стыков, широкими отверстиями для стыков и волнистыми столбчатыми стыковыми поверхностями, которые обычно разрезают породу на полные колонны; модуль горизонтальной деформации этого базальта составляет 9 ~ 11 ГПа, а модуль вертикальной деформации составляет 7 ~ 9 ГПа.Эти породы серовато-черные и содержат непроходящие микротрещины, помимо столбчатых трещин. Столбчато-сочлененные базальты разделены на гексагональные или другие неправильные призматические формы и одновременно образуют продольные и поперечные микротрещины, а в базальтах имеется много структурных плоскостей с низким падением. Согласно классификации качества инженерно-геологических массивов, при релаксации поверхностного слоя после разгрузки целостность горного массива ухудшается из-за развития трещин. 2.2.3. Геологическое строение F 14 и F 16 представляют собой круто падающие разломы северо-западного простирания, которые пересекают русло реки под тупым углом и обнажаются на правой стороне ниже по течению от основания русловой плотины. Русло развивается только в русле С 2 , которое глубоко залегает на 120 м ниже русла реки у основания плотины, с отметкой ниже 430 м. Зоны дислокации RS 331 , RS 336 , RS 3315 , VS 333 , VS 332 и т. Д.находятся в обнаженном слое фундамента плотины, а остальные зоны дислокации VS 3210 , VS 3215 , VS 3216 и др. заглублены под фундамент. За исключением RS 336 , большинство из этих зон дислокации короткие, и большинство из них периодически распределены вдоль слоя потока, что обеспечивает некоторую связь вдоль слоя потока. Распределение столбчатых базальтовых зон и зон сдвига показано на Рисунке 3. 2.2.4. Напряжение грунта Ориентация максимального горизонтального главного напряжения близка к восточно-западному, что почти перпендикулярно потоку реки.Ориентация минимального горизонтального главного напряжения составляет приблизительно север-юг. Горный массив в диапазоне 0 ~ 40 м ниже поверхности коренных пород (глубина 20 ~ 60 м) находится в состоянии релаксации, что создает зону релаксации напряжений с максимальным горизонтальным главным напряжением 3 ~ 6 МПа. В диапазоне 40 ~ 70 м ниже поверхности коренных пород (глубина 60 ~ 90 м) наблюдается повышенное напряжение с максимальным горизонтальным главным напряжением 6 ~ 12 МПа, вызывающее явление локальной концентрации напряжений. Существует зона концентрации напряжений на 70 ~ 130 м ниже поверхности коренных пород (глубина примерно 90 ~ 150 м) с максимальным горизонтальным главным напряжением 22 ~ 28 МПа и минимальным горизонтальным главным напряжением 13 ~ 15 МПа. На склоне правого берега залегает частично ненагруженный массив горных пород, залегающий на глубине 200 м. Ориентация максимального горизонтального главного напряжения — это север-юг, который почти параллелен потоку реки, а мелководная поверхность отклоняется к ближайшей горе с севера на северо-восток. Среднее максимальное горизонтальное главное напряжение на прибрежном склоне составляет примерно 6,0 МПа, а среднее минимальное горизонтальное главное напряжение составляет примерно 4,6 МПа. Ориентация первого главного напряжения составляет приблизительно север-юг, с умеренным углом наклона приблизительно 35 ° и величиной 7 ~ 11 МПа.Вторая основная ориентация напряжений — S20 ° E, а угол падения — от умеренного до крутого. Третье главное напряжение имеет следующие свойства: ориентация, N80 ° з.д. наклон, 21 °; магнитудой 5 ~ 7 МПа. 3. Затирочный материал 3.1. Сырье 3.1.1. Цемент Обычный портландцемент 42,5R, производимый цементной компанией в Юньнани, используется в этом исследовании. Крупность цемента составляет менее 5% допуска на сито через сито с квадратными отверстиями 80 мкм м.Характеристики соответствуют соответствующим требованиям общего китайского стандарта на портландцемент (GBl75-2007). Химические составляющие портландцемента, использованного в этом исследовании, показаны в таблице 2. Начальное время схватывания составляет 155 мин. Время окончательного схватывания 235 мин. 28 d прочность на сжатие составляет 46,3 МПа. Категория Длина колонны (м) Диаметр колонны (см) Фрагментация горных пород (см) Распределение Примечания І 2,0 ~ 3,0 13 ~ 25 5 P 2 β 3 2 , P 2 β 3 3 0.5 ~ 2,0 25 ~ 50 10 P 2 β 3 2 , P 2 β 6 1 , P 2 64 β 1 , P 2 β 8 2 Тип III 1,5 ~ 5,0 50 ~ 250 — P 6 2 2 P 6 2 2 , P 2 β 2 3 , P 2 β 4 1 Неполная резка Химические компоненты SiO 2 Al 2 O 3 Fe 906g64O2 6 9050 3 9050 Ca2 3 Потери при возгорании Содержание (%) 22.3 7,1 4,5 2,4 56,6 2,2 2,5 3,2. Соотношение цементного раствора и размер частиц В соответствии с китайским стандартом DL / T5148-2012 (Техническая спецификация на цементный раствор для строительства гидротехнических сооружений) и специалистами, затирка цементного раствора для скважины І последовательности и секции второй скважины последовательности с использованием обычного портландцементного раствора, мокрого- Для ямы III последовательности используется цементный раствор.Водоцементное соотношение (массовое соотношение воды и цемента) обычного портландцементного раствора испытывается на четырех уровнях (2: 1, 1: 1, 0,8: 1 и 0,5: 1). Водоцементное соотношение влажного цементного раствора тестируется на четырех уровнях (3: 1, 2: 1, 1: 1 и 0,5: 1). Для метода мокрого измельчения цемента в соответствии с китайским стандартом SL578-2012 (Технический кодекс для экспериментов и применения тонкодисперсного цементного цементного раствора), оборудование для мокрого измельчения от Института автоматизации Академии наук реки Янцзы в Ухане, инструмент GJM– FII использовался для мокрого шлифования.Образец был взят из цемента, который измельчали ​​три раза (каждый раз по 3 ~ 4 мин) на месте. Размер частиц влажного цемента был проанализирован с использованием лазерного анализатора размера частиц NSKC-1, оборудование Института автоматизации Академии наук реки Янцзы в Ухане. Был проведен гранулометрический анализ цемента с влажным грунтом, результаты показаны на рисунке 4. Согласно рисунку 4,, и. Согласно требованиям технических условий, учитываемых для мокрого помола, после мокрого помола размер частиц цемента и.Таким образом, данные на Рисунке 4 показывают, что цемент после мокрого помола соответствует требованиям спецификации. После цементирования І или II скважины трещиноватость породы уменьшается. Согласно спецификации, ширина трещины в горном массиве составляет 0,1 ~ 0,5 мм после соответствующего использования цемента с влажным грунтом. Размер очередной скважины III может быть уменьшен, поскольку размер зерна цементного раствора мокрого помола невелик и может улучшить способность раствора течь в очень мелкие трещины. В то же время, чтобы увеличить насыщение цементного раствора, водоцементное соотношение цемента с влажным грунтом доводят до 3: 1, а способность суспензии к впрыскиванию увеличивается за счет разжижения раствора и уменьшения размера частиц. 3.3. Характеристики суспензии 3.3.1. Плотность раствора Плотность раствора является основой для расчета общего количества цементного раствора, а также важным показателем для корректировки водоцементного отношения цементного раствора. В соответствии с китайским стандартом DL / T5148-2012 (Техническая спецификация на цементный раствор для строительства гидротехнических сооружений), датчик плотности раствора типа 1002 используется для измерения плотности раствора. Плотности раствора для различных соотношений воды и цемента показаны в таблице 3.Таблица 3 показывает, что по мере уменьшения водоцементного отношения плотность раствора увеличивается, и раствор также загустевает. Плотность цемента увеличивается, потому что плотность воды уменьшается. W / C 3: 1 2: 1 1: 1 0,8: 1 0,5: 1 плотность 1,30 1,53 1,62 1.85 3.3.2. Скорость дренажа В соответствии с китайским стандартом DL / T5148-2012 (Техническая спецификация на цементный раствор для строительства гидротехнических сооружений), цилиндр цементного раствора объемом 100 мл был измерен под массой объема воды, которая могла бы накапливаться в результате 2-часовой выдержки. осадков, и отношение этого измерения к начальному объему суспензии называется скоростью дренажа. Скорость дренажа может до некоторой степени отражать стабильность раствора.Таблица 4 показывает, что скорость осушения раствора с водоцементным соотношением 3: 1 может превышать 80 ~ 90%, тогда как скорость осушения раствора с соотношением воды и цемента 1: 1 составляет примерно 35%, что указывает на что большая часть воды из тонкого раствора, который был введен в трещины или отверстия в скале во время затирки, слилась. Однако скорость осушения цементного раствора мокрого помола ниже, чем перед измельчением, и чем ниже соотношение воды и цемента, тем больше снижение из-за адсорбируемости частиц цемента.После мокрого шлифования площадь контакта цемента с водой увеличивается, что приводит к снижению скорости отвода воды. Во время фактического процесса заливки цементный раствор вводится в трещины горных пород под большим давлением. Из-за этого эффекта высокого давления период анализа воды сокращается, и выжимается больше воды, поэтому частицы уплотняются более плотно, а прочность суспензии увеличивается. 3.3. Прочность на сжатие консолидированного раствора Ранняя прочность на сжатие раствора в столбчатом базальте определяет способность цементного материала укреплять фундамент плотины, в то время как поздняя прочность уплотненного раствора отражает долгосрочную стабильность арматуры цементного раствора. Измеряли прочность цементного раствора мокрого грунта после 1 часа циркуляции под давлением 5 МПа и обычного цементного раствора при нормальном давлении. Сервопресс для бетона используется для проверки прочности на сжатие консолидированной суспензии размером 7 и 28 дней.Этот метод испытаний называется методом испытания на прочность цементного песка (метод ISO) (GB / T17671-1999). Из таблицы 5 можно сделать вывод, что прочность на сжатие консолидированного цементного раствора с влажным грунтом выше, чем у обычного цементного раствора того же возраста и при нормальном давлении, когда водоцементное соотношение такое же. Под высоким давлением прочность на сжатие консолидированного цементного раствора максимальна, когда водоцементное соотношение составляет 1: 1. Под высоким давлением прочность на сжатие цементного раствора влажного грунта выше, чем у обычного цементного раствора.Эти результаты показывают, что при высоком давлении характеристики цементного раствора лучше, чем при нормальном давлении, а характеристики цемента с влажным грунтом лучше, чем у обычного цемента. W / C 0.5: 1 0,8: 1 1: 1 2: 1 3: 1 Степень дренажа (%) 50 Перед шлифовкой 9050 15,3 22,5 27,2 54,1 81,2 После шлифования 1,2 18,4 21,8 50,1 79,8 0,8: 1 90et 12,3 Свойство Давление Разновидность цемента 3: 1 2: 1 1: 1 0,8: 1 Прочность на сжатие, 7 дней (МПа) Нормальный Портландцемент 3.25 4,10 5,40 7,63 11,60 Мелкодисперсный цемент влажного помола 4,21 7,3 12,3 14,5 15,4 70,8 73,5 75,5 66,2 Мелкодисперсный цемент влажного помола 70,8 94,5 95,1 93,2 69.3 Прочность на сжатие 28 d (МПа) Нормальный Портландцемент 11,3 15,1 15,9 16,8 22,6 17,4 22,3 23,7 28,6 Высокий Портландцемент 83,4 99,6 102,2 101.6 86,5 Мелкодисперсный цемент влажного помола 105,8 108,7 111,6 109,7 95,3 3 Метод измельчения Тестовая позиция Участок плотины № 25 на высоте 609,76 ~ 590 м включает в себя плоскость постоянного фундамента и имеет следующие характеристики: коэффициент уклона котлована 1: 0,79 ~ 1: 1,27; простирайте N49 ° ~ 52 ° W; длина верхней и нижней стороны, 92.0 м и 94,8 м соответственно; длина откоса 13,5 ~ 16,2 м; и площадью 1367,7 м. Эксперты определили, что испытание цементного раствора перекрывающих слоев основания плотины на отметке 590 м необходимо провести на участке плотины №25 на правом берегу. Участок плотины № 25 включает дорогу шириной 8 м, отметку 590 ~ 587,83 м, наклонную поверхность и каменно-защитный слой толщиной 5 м наверху, простирающийся на 49 ° западной долготы с северной широты и площадью 857,8 м 2 . Расположение участка плотины №25 показано на рисунке 5. 4.2. Процесс затирки Блок-схема технологического процесса показана на Рисунке 6, а некоторые процессы на строительной площадке показаны на Рисунке 7. Процессы затирки с уплотнением перекрывающих пород показаны ниже: (1) Резерв 5-метрового защитного слоя перекрывающего слоя: резерв 5-метрового от поверхности основания плотины для защитного слоя перекрывающего слоя с использованием метода закрытия скважины и давления 0,5 МПа для циркуляционной цементации 5-метрового защитного слоя. Когда скорость нагнетания составляет не более 1,0 л / мин, можно пробурить отверстие ниже поверхности основания плотины (2) Закрытие отверстия, заливка цементным раствором с сегментированной циркуляцией сверху вниз: цементация уплотнения под фундаментом плотины предусматривает сегментное бурение сверху вниз инъекция, закрытие отверстия, ступенчатое повышение давления и заливка жидким цементным раствором по всему сечению.Когда скорость закачки составляет не более 1,0 л / мин, заливку раствора можно завершить после 30 мин непрерывной закачки. (3) Свая анкерной штанги: принятая анкерная штанга состоит из 3 анкерных стержней диаметром 32 мм и единая длина 12 м, которая размещается на 20 см ниже поверхности цементного отверстия в основании плотины (4) Вырыв грунта и снятие тяжелого покрытия: на защитном покрытии скальной породы проводится желто-струйная очистка, а также выполняются механические земляные и взрывные работы для разрыхлить породу до плоскости фундамента (5) Неглубокая труба: следующие 5 м используются для цементирования поверхности фундамента плотины между бурильными трубами, от скважин І до III последовательности; используются труба диаметром Φ 110 мм, цементирующая труба со стальной трубой Φ 38 мм и шламовая труба со стальной трубой Φ 25 мм (6) Свяжите стальной стержень и залейте бетон на фундамент плотины (7) Заливка бетонного покрытия: давление затирки заливной трубы составляет 3.0 МПа, а скорость закачки не более 1,0 л / мин; затем можно закончить заливку раствора Что касается технологии затирки уплотняющего раствора для создания бетонного покрытия, учитывая, что заливка раствором под высоким давлением приводит к поднятию пласта, растягивающему напряжению в бетоне и растрескиванию бетона, предлагается технология затвердевания перекрывающего слоя. . Во-первых, 5-метровый защитный слой горного массива создается закрытым раствором, который может улучшить давление цементного раствора в горном массиве ниже плоскости фундамента.Анкерные стержни используются для решения проблемы деформации коренных пород. После удаления защитного слоя данные мониторинга показывают, что диапазон релаксации при взрыве составляет 0,2 ~ 2,2 м, в среднем 1,09 м. Проблема релаксации поверхности решается за счет использования неглубоких грунтовочных труб, своевременного создания бетонного покрытия и последующего заполнения цементным раствором трубы с грунтовкой. Комплексно рассмотрены проблемы деформации коренных пород, релаксации поверхности, затирки уплотняющего раствора и натяжения бетонных конструкций.Завершение затирки уплотняющего раствора перед заливкой бетона обеспечивает условия для строительства заливки бетона, что позволяет избежать перекрестного вмешательства затирки уплотняющего раствора и бетонной конструкции, а также проблем, связанных с множественными входами и выходами оборудования для заливки уплотняющего раствора. 4.3. Slurry Transform В скважинах I и II последовательности используется водоцементное соотношение (массовое соотношение) 2: 1 при начальном заполнении цементным раствором, тогда как в скважине III последовательности используется соотношение воды и цемента (цемент влажного грунта) 3: 1. при первоначальной затирке.Раствор для затирки постепенно превращается из слабого в прочный. Это преобразование следует следующим принципам: (1) Когда давление цементного раствора остается прежним, скорость закачки следует уменьшить; или при постоянной скорости нагнетания, когда давление продолжает расти, не изменять водоцементное соотношение (2) Когда количество впрыскиваемого раствора определенной марки превышает 300 л или время инфузии достигло 30 мин, и давление цементного раствора и скорость впрыска не претерпевают значительных изменений, водоцементное соотношение первого сорта раствора должно быть изменено для создания более концентрированного раствора (3) Когда скорость впрыска превышает 30 л / мин, раствор может быть с утолщением в соответствии с конкретными условиями строительства 4.4. Давление затирки Для затирки уплотняющего раствора используется метод сортировки и повышения давления для достижения расчетного давления затирки с использованием поэтапного подхода. Соотношение между скоростью нагнетания и давлением строго контролируется во время цементирования, чтобы не происходило опасного подъема поверхности породы из-за цементного раствора и бетона. Давление затирки защитного слоя составляет 0,5 МПа, а первого участка ниже плоскости фундамента — 0,8 ~ 1,0 МПа. Позже давление затирки постепенно увеличивается на 0.5 МПа на каждую секцию. Максимальное давление затирки составляет 3,0 МПа, давление затирки бетонной направляющей трубы составляет 3,0 МПа (см. Таблицу 6). Стандарт окончания затирки: операцию затирки можно считать завершенной, когда скорость закачки участка защитного слоя не превышает 1,0 л / мин при расчетном давлении. На участках под защитным слоем скорость закачки составляет не более 1,0 л / мин при расчетном давлении, и операция цементирования может быть завершена после 30 минут непрерывной закачки. 4.5. Расположение отверстий для цементного раствора Расстояние между отверстиями для цементирования уплотнения составляет и. Скважина перпендикулярна плоскости фундамента и проходит на 25 м ниже плоскости фундамента. Схема расположения отверстий для затирки уплотняющего раствора в перекрывающих породах показана на Рисунке 8.Включаются подъемная скважина динамического контроля, контрольная скважина, скважина последовательности І, скважина последовательности II и скважина последовательности III. Апертура контрольного отверстия составляет Φ 76 мм; подъемное отверстие для наблюдения за динамической деформацией, Φ 91 мм. Поскольку для отверстий для цементирования уплотнения требуются сваи анкерных стержней, диаметр отверстия для цементного раствора составляет Φ 110 мм. Заливка в трубку вводится через стальную трубу с диаметром головки Φ 38 мм, вспомогательным диаметром Φ 25 мм и толщиной стенки трубы 1.5 мм. Буровая установка QZJ-100B-J использовалась для просверливания цементного раствора. Все отверстия для затирки промывают водой под давлением 1 МПа для устранения трещин. В методе промывки используется открытая промывка, при которой смывается большое количество воды со дна отверстия в область вокруг отверстия, и промывка вращением. Условием завершения промывки бурения является то, что толщина остатков на дне отверстия не превышает 20 см после промывки, и промывка заканчивается, когда вода внутри отверстия становится чистой. 5. Результаты и обсуждение 5.1. Обсуждение количества и проницаемости цементного раствора Результаты цементации перекрывающего слоя на участке плотины № 25 на правом берегу показаны в Таблице 7. Испытание Lugeon не проводилось на 5-метровом защитном слое перекрывающих пород. В Таблице 7 показаны скважина І последовательности закачки цемента в 25-метровый слой коренной породы при 83,16 кг / м, закачка цемента в скважину II последовательности при 31,57 кг / м на единицу и закачка цемента в скважину III последовательности при 12.92 кг / м на единицу. Таким образом, скорость закачки из скважины последовательности І в скважину последовательности II снижается на 37%, в то время как количество цементного раствора из скважины последовательности II в скважину последовательности III уменьшается на 40,9%. Как показано на Рисунке 9, количество закачиваемого цемента на единицу значительно уменьшается, что соответствует правилу уменьшения количества цементного раствора на единицу, что указывает на то, что трещины эффективно заполняются и процесс затирки имеет хороший эффект. Тест Lugeon был проведен на отверстии для цементирования перед заливкой этого 25-метрового блока коренной породы.Данные в Таблице 8 показывают, что 25-метровый слой коренных пород в среднем имеет скорость проницаемости 23,24 LU в скважине І последовательности, среднюю скорость проницаемости 9,05 LU в скважине II последовательности и среднюю скорость проницаемости 3,84 LU в скважине последовательности III. и уменьшение количества затирки на 38,9% и 42,4% соответственно. Как показано на Рисунке 9, снижение удельной проницаемости от ствола І к стволу III также объясняет, что пустоты в породе были эффективно заполнены, блокируя поровые каналы просачивания породы и снижая скорость проницаемости.Постепенное уменьшение водопроницаемости и закачки цемента на единицу количества перед заливкой раствора указывает на то, что метод цементации цементного раствора перекрывающих пород подходит для цементирования столбчатого базальта. Глубина отверстия (м) -5 ~ 0 0 ~ 5 5 ~ 10 10 ~ 15 15 ~ 20 2050 І (МПа) 0,5 0,8 ~ 1,0 1,0 ~ 1,5 1,5 ~ 2,0 2,0 ~ 2,5 2,5 ~ 3,0 II (МПа) 0,5 1,0 ~ 1,5 ~ 2,0 2,0 ~ 2,5 2,5 ~ 3.0 2,5 ~ 3,0 III (МПа) 0,5 1,0 ~ 1,5 2,0 ~ 2,5 2,5 ~ 3,0 3,0 3,0 9050 9050 9050 9050 9070 9050 9070 9050 Отверстие Количество отверстий Проникновение цементного раствора (м) Впрыск цемента (кг) Единица впрыска (кг / м) L502 Средняя проницаемость LU Примечание І 56 140.9 13799.2 97.94 / 5 м защитный слой II 97 270,1 4204.9 15.57 / 9050 III / 9050 III 0,55 / Итого 193 538 18074,3 33,6 / І 59 145025 83,16 23,24 25 м коренная порода II 101 2525 79721,8 31,57 9,05 III 3,84 Итого 203 5075 216270,84 42,61 11,41 9014 9014 01 Диапазон скорости (м / с) Средний минимум (м / с) Средний максимум (м / с) Средняя скорость (м / с) Статистические точки До 3333 ~ 5970 4528 5269 4980 2105 После 3448 ~ 6061 4889 5491 5345 1253 5.2. Обсуждение теста Lugeon Тест Lugeon может напрямую отражать проницаемость пласта, которая является основой для оценки пласта на ранней стадии проекта затирки раствора. Согласно китайскому стандарту DL / T5148-2012 Lugeon test (Техническая спецификация на цементный раствор для строительства гидротехнических сооружений), испытательное давление составляет 80% от давления цементного раствора соответствующей секции и составляет не более 1,0 МПа. Формула расчета теста Lugeon приведена на где — проницаемость рабочего участка, Лю; — напор, л / мин; — полное давление, действующее на рабочий участок, МПа; — длина испытательного участка, м. Путем сравнения данных испытаний испытательной скважины перед заливкой цементным раствором и проверки качества значения Lugeon после заливки цементным раствором, получены параметры изменения проницаемости слоя породы фундамента плотины и оценен эффект цементирования. Перед заливкой цементным раствором были проведены испытания Lugeon на 17 контрольных отверстиях. Давление воды в 89 секциях было больше 4,5 LU в 69 секциях, а степень проницаемости более 3 LU составила 68,5% от всех испытательных скважин. Через 7 дней после окончания затирки были проведены испытание и осмотр Lugeon.В ходе этого процесса для проведения теста Lugeon произвольно пробурили 10 испытательных скважин глубиной 25 м (исключая 5-метровый защитный слой) и 5-метровую секцию, и в общей сложности было рассмотрено 50 секций с водой под давлением. После затирки были собраны результаты испытаний Lugeon, которые показаны на рисунках 10 и 11. Все 50 секций имеют значения Lugeon менее 3 LU, средняя проницаемость испытательной скважины G1-G5 составляет менее 1,5 LU, а средняя проницаемость контрольное отверстие G5-G6 меньше 1.2 LU. После заливки цементным раствором скорость проникновения испытательной секции водой под давлением во всех контрольных отверстиях не должна превышать 3 LU. Очевидно, что проницаемость снижается, а антисептический эффект значительно улучшается. Анализ эффектов показывает, что вес перекрывающих отложений толщиной 5 м может остановить трещинообразование и подъем поверхности основания, вызванные флюидом под высоким давлением. Давление цементного раствора очень важно для устойчивости пласта. Раствор низкого давления не может эффективно заполнить трещины в горных породах, и только раствор высокого давления может заполнить небольшие трещины.Вес покрывающего слоя гидросмеси толщиной 5 м может обеспечить эффективное усилие для удовлетворения необходимого давления цементного раствора, чтобы ограничить нарушение пласта. Трещины эффективно заполняются под высоким давлением, что приводит к снижению проницаемости и значительному улучшению антисептических и уплотняющих эффектов. 5.3. Обсуждение результатов геофизических изысканий Акустические испытания являются основой для определения корреляции между физическими и механическими параметрами массива горных пород и обеспечивают эффективные показатели параметров для обнаружения влияния взрывных работ на горные породы; при этом испытании учитываются коэффициент выветривания, коэффициент целостности, коэффициент анизотропии, разломы, карстификация и другие геологические дефекты.Чем выше скорость волны, тем лучше физико-механические свойства и целостность породы. Оборудование для акустических испытаний, используемое в этом исследовании, представляет собой звуковой инструмент rs-st01c, произведенный Wuhan Yanhai Engineering Development Co. Путем сравнения результатов испытаний до и после затирки получают параметры изменения целостности породы и анализируют качество затирки. Бурение смотрового отверстия под заливку проводится через 14 дней после завершения затирки.Волновая скорость свежей нетронутой породы является важным параметром для расчета коэффициента целостности и соотношения скоростей волн выветривания в массиве горных пород. Согласно ранней статистике акустических испытаний внутренних пород, средняя скорость волны брекчированной лавы составляет 4272 м / с, а диапазон для базальта составляет 5132 ~ 574 м / с. В таблице 8 показаны изменения скорости волны до и после заливки раствора. Таблица 8 показывает, что скорость волны в 17 испытательных скважинах перед заливкой раствора колеблется от 3333 м / с до 5970 м / с при средней скорости волны 4980 м / с.После заливки цементным раствором для акустических испытаний просверливаются 10 случайных контрольных отверстий с диапазоном скорости волны от 3448 м / с до 6061 м / с и средней скоростью волны 5345 м / с. Согласно средней скорости волны 4980 м / с до затирки и 5345 м / с после затирки, средняя скорость увеличения скорости волны после затирки составляет 7,3%. Более того, диапазон скоростей волны, средняя минимальная скорость и средняя максимальная скорость увеличиваются из-за цементации, что указывает на улучшение целостности породы.Согласно рисунку 12, до заливки раствором скорость волны составляет 79,9%, а скорость <4200 м / с составляет 8,2%. После затирки составило 94,8%, а <4200 м / с - 1,4%. Согласно нормативам акустического контроля скальной массы фундамента плотины, предусмотренным в проектной документации, более 90% столбчатого базальта должны иметь скорость более 4500 м / с, а менее 5% - менее 4200 м. / с после затирки, чтобы соответствовать стандарту проверки горной массы. На рисунке 12 показано, что для начальной скорости более 5000 м / с коэффициент волновой скорости цементного раствора увеличился на 25.6%; для начальной скорости менее 5000 м / с волновая скорость степени заполнения упала примерно на 50%; а для начальной скорости менее 5000 м / с скорость волны уменьшилась после цементирования. Из-за заполнения трещин, трещин и зон разломов скорость волны увеличилась, показывая, что эффект цементирования очевиден. Модуль деформации является важным параметром горной массы для анализа теории устойчивости и инженерного проектирования. В частности, при условии деформации в качестве стандарта контроля устойчивости определение модуля деформации напрямую определяет результаты анализа устойчивости к деформации.Дилатометр Probex-1 производства канадской компании Roctest используется для определения модуля деформации при входе в скважину. Дилатометр косвенно измеряет радиальную деформацию массива горных пород за счет гибкого повышения давления. Семь контрольных отверстий были испытаны для определения изменения модуля деформации перед заливкой цементным раствором, а 5 контрольных отверстий были испытаны после заливки раствором. Данные представлены в Таблице 9. Таблица 9 показывает, что средний модуль деформации до заливки раствором составляет 8,56 ГПа, а средний модуль деформации после заливки раствором равен 8.71 ГПа; средний модуль деформации после затирки на 1,7% выше. Как показано на Рисунке 13, коэффициент модуля деформации увеличился на 11,4% до 12 ГПа после цементирования, а отношения 8 и 10 ГПа снизились на 1,9% и 7,1% по сравнению с 6 ГПа, соответственно. Улучшение модуля деформации породы в основании плотины указывает на то, что величина сопротивления горной массы увеличивается, а деформация уменьшается, что косвенно указывает на улучшение физических свойств породы и улучшение механических свойств.Однако модуль деформации пласта после цементирования увеличился до 12 ГПа. Анализ показывает, что целостность породы относительно хорошая, поскольку данные модуля деформации перед заливкой раствора концентрируются в диапазоне 8 ~ 10 ГПа, поэтому увеличение модуля после заливки является относительно небольшим. (ГПа) До / после заливки швов Диапазон модуля деформации (ГПа) Средний минимум (ГПа) Средний максимум (ГПа) Средний модуль деформации До 5.50 ~ 13,42 7,46 9,9 8,56 75 После 5,73 ~ 13,26 7,69 10,41 8,71 9014 8,71 5,4. Обсуждение мониторинга подъема пласта Значение мониторинга подъема является важным контрольным показателем, отражающим влияние цементного раствора на пласт во время строительства. На этой испытательной площадке расположены две подъемные смотровые скважины.Глубина отверстия 3 м больше, чем отверстие для затирки уплотняющего раствора, а его диаметр составляет Φ 91 мм. Измерительные приборы встроены для мониторинга, и они включают измерительную трубу ( Φ 25 мм) и внешнюю трубку ( Φ 73 мм). Нижний конец закрепляется в бетоне, местный слой поднимается, внутренняя труба перемещается, и индикатор часового типа будет записывать данные. Ручная запись данных мониторинга подъема используется для мониторинга подъема, и показания записываются каждые 5 ~ 10 мин.Подъемная деформация контролируется и фиксируется во время затирки швов и уплотнения воды, допускается подъем коренных пород на высоту не более 200 м. При заливке швов величина подъемной деформации варьируется от 11 до 31 мкм м, что не превышает проектных требований ТУ. На Рис. 14 показан измеритель ручного контроля подъема, встроенный в поле. 5.5. Обсуждение керна породы и камеры с отверстиями После заполнения цементным раствором керны берутся из 10 контрольных отверстий, некоторые из которых показаны на Рисунке 15.На Рисунке 15 показано, что трещины в горных породах эффективно заполняются консолидированной суспензией, а материалы для затирки плотно связаны с окружающими породами с очевидным явлением полной консолидации. Во время бурения не наблюдается обрушения, и собираются неповрежденные образцы керна длиной до 1,2 м, как показано на Рисунке 15. Для получения изображений используется панорамный имидж-сканер JL-IDOI производства Wuhan Himalaya Digital Imaging Technology Co. контрольные отверстия, как показано на рисунках 16 и 17.На Рисунке 16 показана типичная структура трещин в некоторых испытательных отверстиях перед заливкой цементным раствором. На рис. 16 (д) видно, что некоторые трещины имеют ширину до 10 см. Некоторые породы также заполнены кварцем. Скала основания плотины содержит горизонтальную трещину, вертикальную трещину и зону разрушения. На Рисунке 17 показаны типичные примеры заполнения некоторых пробных отверстий консолидированной суспензией после заливки цементным раствором. Рисунки 17 (a) и 17 (b) показывают, что как крутые наклонные трещины, так и отверстия заполняются эффективно, а заполнение консолидированной суспензией, а также микротрещины и нарушенные зоны можно увидеть на рисунках 17 (c) –17 (f). . 6. Полевое приложение 6.1. План строительства Затирка перекрывающих пород используется для цементации участков фундамента плотины №19 ~ №25 (ниже платформы 590 м), в то время как покрытие не используется для цементации цементного раствора участка 25 плотины (выше платформы 590 м). ~ # 31. Метод заливки цементным раствором по-прежнему представляет собой цементный раствор для уплотнения перекрывающих пород, интервал между рядами скважин составляет и, а глубина входа в горную породу обычно составляет 15,00 ~ 30,00 м; участок застройки конструктивной плоскости и прилегающая территория занавесочной линии локально соответствующим образом заглублены.Процесс строительства: подъем контрольного отверстия → контрольное отверстие перед заливкой раствора → последовательное отверстие I → последовательное отверстие II → последовательное отверстие III → контрольное отверстие после заливки раствором. Общий процесс строительства участков плотины №19 ~ №25 показан на Рисунке 18. Станции производства и хранения навозной жижи расположены на стороне выше по потоку от основания плотины и соединены с полем цементации путем отвода трубопровода. 6.2. Количество закачиваемого цемента и водопроницаемость Для определения количества закачки используется отметка основания плотины на правом берегу, на 590 м ниже цементного раствора для уплотнения перекрывающих пород.Последовательность затирки I ямы — 25915 м; Последовательность заливки II скважины — 50690 м; Последовательность затирки III ствола — 25045 м; Последовательность заполнения IV скважины (шифрование) цементной ямой составляет 49690 м. Средняя проницаемость отверстий для цементирования в каждой последовательности основания плотины и количество закачиваемого цемента на единицу показано на рисунках 19 и 20. 7. Выводы Затирка цементного раствора перекрывающих пород решила характеристики легкого расслабления и прочности. уменьшение и увеличение проницаемости столбчато-сочлененного базальта после разгрузки.Кроме того, цементное уплотнение перекрывающих пород улучшает целостность и непроницаемость породы фундамента плотины и имеет следующие преимущества: (1) Затирка для уплотнения перекрывающих пород устраняет влияние столбчатого соединенного базальта, ограничивает релаксацию поверхностного слоя и усиливает изначально плохую целостность массива горных пород. Усиливается недостаточная несущая способность основания плотины, что вызвано деформацией. Затирка цементного раствора перекрывающего слоя через оставшийся 5-метровый защитный слой и сваю анкерных стержней после затирки снижает влияние столбчатых швов в базальте.После выемки защитного слоя эффект релаксации столбчатой ​​базальтовой поверхности снижается за счет цементации труб. Технология затирки подходит для геологических характеристик столбчатых базальтов. После строительства с цементным раствором проверка после цементации показывает, что эффект затирки соответствует требованиям несущей способности фундамента арочной плотины, обеспечивая успешную новую технологию затирки уплотняющего раствора (2). Эффект затвердевания перекрывающих пород является значительным.Всего имеется 10 контрольных лунок с 50 секциями, и все 49 секций теста Lugeon имеют размер менее 3 LU. После затирки предыдущий показатель испытательного участка с водой под давлением с более чем 99% контрольных отверстий составляет не более 3 LU. Средняя скорость волны до затирки составляет 4980 м / с, средняя скорость волны после затирки составляет 5345 м / с, а увеличение скорости волны из-за затирки составляет 7,3%. Средний модуль деформации до затирки составляет 8,56 ГПа, а средний модуль деформации после затирки составляет 9.9 ГПа. Средний модуль деформации после затирки на 13,5% выше. Значение контроля подъема колеблется от 11 до 31 мкм м и не превышает проектный предел 200 мкм м. Образцы керна извлечены целыми и имеют длину до 1,2 м. Кроме того, во время затирки уменьшается просачивание. По сравнению с цементным раствором уплотнения бетонного покрытия, этот новый подход позволяет избежать неблагоприятных последствий повреждения при сверлении встроенного контрольного прибора и трубы охлаждающей воды, а также определить влияние подъема цементного раствора на качество бетона, поэтому он имеет хорошую применимость (3) Заливка цементным раствором перекрывающих пород решает проблему непрерывного строительства.После выемки верхней поверхности защитного слоя вскрыша с затиркой уплотнения имеет большую площадь организации строительного ресурса. Строительство завершается перед заливкой бетона, и строительные ресурсы находятся на месте одновременно. После затирки уплотняющего раствора, заливки цементным раствором (по мере необходимости) и строительства испытательной скважины требуется лишь небольшое количество ресурсов для неглубокого осмотра после выемки защитного слоя породы. По сравнению с затратами цементного раствора для бетонного покрытия, потери строительных ресурсов исключаются, а эффективность строительства высока (4) Этот новый процесс применяется к участкам плотины №19 ~ №25 правого берега Байхетанской гидроэлектростанции. станции (ниже платформы 590 м).Успешное применение технологии строительства цементного раствора с консолидацией перекрывающих пород обеспечивает мощный ориентир для большего количества проектов по цементированию уплотняющих плотин, что имеет большое значение для популяризации этого подхода. Доступность данных статья. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи. Благодарности Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (грант № 51279019). Авторы благодарны нашим партнерам Sinohydro Bureau 8 Co., Ltd. в Китае. Авторы также благодарны China Three Gorges Corporation. В этом документе суммируются результаты исследования и анализа столбчато-сочлененного базальта на Байхетанской арочной плотине за многие годы, что является мудростью всех компаний и учреждений, участвующих в этом проекте, включая проектирование, надзор за строительством и исследования, а также многие эксперты и ученые как дома, так и за рубежом.Настоящим выражаем благодарность всем вовлеченным организациям и частным лицам. Применение искусственных нейронных сетей для прогнозирования несущей способности фундаментов мелкого заложения на горных массивах В данном исследовании искусственная нейронная сеть для прогнозирования несущей способности фундаментов мелкого заложения на горных массивах разработана с использованием компьютерных программных утилит Matlab (Mathworks Inc. . 2019a). Данные, используемые для построения и калибровки модели, получены из серии из 2762 численных имитаций проблемы с использованием программного обеспечения FLAC на основе конечных разностей, изменяющих различные параметры, влияющие на поведение модели. Выбор входов и выходов В этом конкретном случае, как и в большинстве случаев в геотехнической инженерии, выбор параметров для нейронной сети основан на знании физической проблемы, лежащей в основе поведения системы. Основными параметрами, определяющими несущую способность неглубокого фундамента на массиве горных пород, являются: три параметра, характеризующие массив горных пород как тип породы ( м 0 ), прочность на одноосное сжатие (UCS) и индекс геологической прочности (GSI ) и шириной фундамента ( B ).Однако, как указывалось ранее в таблице 2, существуют также некоторые другие дополнительные параметры, влияющие на результаты, которые позволяют расширить ограничения аналитических и эмпирических формулировок и также считаются входными данными: дилатансия на поверхности разрушения (присвоение значения 0, когда дилатансия угол ψ = 0 и 1 для ψ = ρ ), двумерная или осесимметричная задача (присвоение значений 0 и 1 соответственно), грубый или шероховатый контакт фундамент-скала (присвоение значений 0 и 1 соответственно), и невесомая или самовзвешенная горная масса (присвоение значений 0 и 1 соответственно). Таким образом, общее количество входов равно 8, а несущая способность фундамента является единственной выходной переменной. Разделение данных и статистический анализ При создании нейронной сети одной из основных проблем является обучение сети до определенной точки, прежде чем она потеряет способность делать точные прогнозы с другим набором входных данных. Эта ситуация известна как чрезмерная подгонка, и ее можно избежать, если обучение и проверка возможностей прогнозирования разрабатываются одновременно с использованием разных подмножеств входных данных. Общее количество доступных входов разделено на три набора: обучение, тестирование и проверка. Используя это деление, разрешается перекрестная проверка или сеть, как было предложено Стоуном (1974). Обучающий набор используется для настройки веса узлов сети, а набор для тестирования используется для проверки производительности модели на разных этапах процесса обучения и определения момента остановки, чтобы избежать чрезмерной подгонки. Набор для проверки позволяет проводить независимую проверку сети, когда процесс обучения завершен и различные веса каждого соединения уже определены.Процент входных данных, назначенных каждому набору, составляет (75-15-15), что означает, что 75% назначено обучающему набору (1658 случаев), 15% — набору тестирования (332 случая) и 15% — к валидации. набор (332 случая). Вышеупомянутое подразделение должно статистически представлять всю совокупность ресурсов (согласно Masters 1993). Затем статистические свойства различных подмножеств (например, среднее значение, стандартное отклонение и диапазон) должны соответствовать характеристикам полного набора. Следовательно, все шаблоны, содержащиеся в исходном наборе входных данных, должны воспроизводиться в каждом из подмножеств.Поскольку деление выполняется случайным образом, итеративный процесс применяется до тех пор, пока не будет достигнута группа наборов для обучения, тестирования и проверки, согласующихся со статистическими свойствами. Рассматриваются следующие статистические характеристики: среднее значение, стандартное отклонение, минимум, максимум и диапазон, как было предложено Shahin et al. (2004b). В таблице 3 показаны результаты, полученные для различных входных параметров. Ясно, что, поскольку входная совокупность велика, нет проблем со статистическим соответствием между различными подмножествами. Таблица 3 Входная и выходная статистика для различных наборов данных (случай 75-15-15) Достоверность сети ограничена диапазоном параметров, включенных в обучающие данные. Следовательно, производительность будет лучше, если на этот диапазон не будет производиться экстраполяция. Масштабирование данных В большинстве ИНС входные параметры масштабируются до диапазона (0, 1) или (- 1, 1) перед обучением, чтобы исключить их размерность и гарантировать, что все они обрабатываются однородно во время обучения сети. , хорошо работает, когда распределение данных более или менее однородно.Однако эта процедура масштабирования, используемая сама по себе, не дает хороших результатов в этом исследовании. Одна из наиболее важных проблем, возникающих при построении сети, зависит от распределения выходных значений несущей способности ( P h ) среди диапазона данных, который чрезвычайно сконцентрирован вокруг небольших значений P h (рис. 8а). Поскольку большинство значений P h очень малы по сравнению со всем диапазоном, и даже глобальная ошибка аппроксимации ИНС была очень уменьшена, это создавало очень важные процентные ошибки для меньших значений при использовании только обычного масштабирования. Рис. 8 Различные этапы нормализации целевых данных P h : a Исходные данные, b масштабирование журнала и c Масштабирование (0,1), примененное к предыдущему журналу- масштабированные данные Добавление логарифмического масштабирования (натуральный логарифм) к целевым значениям P h перед регулярным масштабированием (0, 1) решает проблему, поскольку оно обеспечивает более однородное распределение данных вместе с P h ассортимент.Распределения данных без масштабирования, с использованием логарифмического масштабирования и последнего шага с одновременным применением логарифмического масштабирования и (0, 1) масштабирования, показаны на рис. 8b, c, соответственно. Важно отметить, что масштабирование журнала применяется исключительно к выходным значениям P h , а не к любому другому входному значению. Определение сетевой архитектуры и внутренних параметров Как представлено в разд. 5, нейронная сеть представляет собой многослойный набор нейронов (входной слой — скрытые слои — выходной слой), связанных между собой входами из предыдущего слоя и выходящими на следующий уровень.В каждом нейроне входы превращаются в выходы, воздействуя на них весами и смещениями и применяя передаточную функцию, которая изменяет их значения. Построение сети означает определение архитектуры модели (слои и нейроны) и ее обучение (веса и смещения). Хотя входной и выходной уровни предопределены изучаемой проблемой и ожидаемыми результатами, скрытые слои — нет. Архитектура модели требует выбора оптимального количества скрытых слоев в сети и определения оптимального количества нейронов в каждом слое.Определение сети включает в себя процесс определения множества сетей разной сложности и выбора оптимальной. Не существует единой теории для получения оптимального количества уровней в сети, и эта задача решается методом проб и ошибок. Кроме того, один скрытый слой может успешно воспроизвести любую непрерывную функцию, как утверждают Хорник и др. (1989). Количество скрытых узлов (2 I + 1) ( I число входов) успешно используется в литературе ИНС для геотехнических задач. Сеть с одним скрытым слоем пробуется с использованием нескольких узлов, начиная с 3 до максимум 25, проверяя, что (2 I + 1) = 17 ( I = 8 количество входов), никаких улучшений достигается, как предположил Caudill (1988). Передаточные функции, используемые на каждом уровне для перехода от входа к выходу (см. Раздел 5), также могут быть выбраны среди множества из них. В модели единственного скрытого слоя были опробованы различные комбинации передаточных функций (сигмоидальный, гиперболический тангенс и линейный для выходного слоя), чтобы определить те, которые дают наиболее точные прогнозы.Наконец, сигмоидальная передаточная функция принята для скрытого и линейного для выходных слоев. Производительность сети, касающаяся количества узлов скрытого уровня, оценивается с использованием в качестве меры производительности коэффициента корреляции r, среднеквадратичной ошибки в процентах, RMSPE, и средней абсолютной ошибки в процентах, MAPE. Эти индикаторы выбраны потому, что их измерения ошибок являются относительными и выражаются в процентах, что позволяет их немедленную и прямую оценку.Выражение для каждого из них включено в Таблицу 4. Результаты для различных индексов показаны в Таблице 5. Таблица 4 Показатели производительности ошибки Таблица 5 Результаты производительности моделей ИНС для различного количества узлов скрытого уровня RMSPE и MAPE также отображаются в зависимости от количества узлов скрытого слоя на рисунках 9 и 10 соответственно. Как видно на рисунке, производительность быстро улучшается при увеличении количества узлов, значительно улучшаясь до 5 узлов и стабилизируя более 13 узлов.Сеть с семью узлами скрытых уровней выбирается в качестве оптимальной модели, с учетом того, что показатели производительности во всех случаях составляют около или ниже 5% и что количество узлов не очень велико. По мнению авторов, снижение производительности до 2% не компенсирует увеличения количества скрытых узлов до 13 или 14. Рис. 9 Среднеквадратичная ошибка в процентах в зависимости от количества узлов скрытого слоя Рис. 10 Средняя абсолютная ошибка в процентах в зависимости от количества узлов скрытого слоя Структура оптимальной нейронной сети представлена ​​на рис.11, показывающий входной слой с 8 нейронами, скрытый слой из 7 нейронов и выходной слой из 1 нейрона. Рис. 11 Структура предложенной оптимальной нейронной сети Веса и смещения сети подробно описаны в Разд. 5.7. Сравнение целей и прогнозов наложено на рис. 12a, где наблюдается очень хорошее совпадение. Гистограмма значений ошибок, полученных при прогнозировании P h с помощью ИНС с 7 скрытыми узлами, также показана на рис.12b. Погрешность в большинстве случаев составляет менее 10% и никогда не достигает максимума 20%. Рис.12 P h прогнозов ( a ) и гистограмма значений ошибок ( b ) с использованием ИНС с 7 скрытыми узлами График прогнозируемого и рассчитанного P h несущая способность по отношению к данным в наборах для обучения, тестирования и валидации, а также для всех наборов одновременно, показана на рис. 13a – d, соответственно, где сплошная линия указывает на равенство, а коэффициент регрессии указан над каждой подгруппой. фигура.Согласно значению R , всегда превышающему 0,999, можно сделать вывод, что существует очень хорошая корреляция между прогнозами модели и целевыми расчетными значениями. Рис.13 Измеренное и вычисленное значение P h (цель) для оптимальной модели ИНС в отношении: a обучающего набора, b набора проверки, c набора тестирования и d полный набор Оптимизация модели Оптимизация сети решается процессом обучения или обучения, который может начаться после инициализации сетевых весов и смещений.Для этого требуется набор примеров правильного поведения сети (сетевые входы и целевые выходы для сравнения на последовательных этапах обучения). Процесс обучения состоит из настройки значений весов и смещений сети для оптимизации производительности сети, которая проверяется с помощью функции производительности. При обучении в нейронных сетях с прямой связью обычно используется алгоритм обратного распространения (Rumelhart et al. 1986), который включает выполнение вычислений в обратном направлении по сети.{2} \)), хотя есть и другие варианты. На каждом этапе обучения вычисляется градиент производительности сети по отношению к весам сети. Процесс обучения остановится, когда будет достигнут один из критериев остановки, как описано в Разд. 5.6. К сети могут применяться различные алгоритмы обучения. Трудно заранее узнать самый быстрый метод решения данной проблемы, тогда метод проб и ошибок кажется подходящим критерием решения. Среди алгоритмов в этом исследовании были опробованы квазиньютон, устойчивое обратное распространение, масштабированный сопряженный градиент и схемы оптимизации Левенберга – Марквардта, предложенные в качестве алгоритмов Matlab.Был выбран алгоритм Левенберга – Марквардта (Marquardt 1963), поскольку он дает более быстрые и точные прогнозы в этой задаче. Как недостаток, он требует больше памяти, чем другие алгоритмы, но это не было ограничением в данной конкретной модели. Критерии остановки Для принятия решения о завершении обучения сети используются различные критерии остановки (Шахин и др., 2008). При использовании встроенной в Matlab процедуры Левенберга – Марквардта обучение останавливается при возникновении любого из этих условий (MathWorks 2019b): Достигнуто максимальное количество шагов. Превышено максимальное количество времени. Функция производительности сведена к цели. Градиент производительности падает ниже заранее установленного минимума. Импульс превышает заранее установленный максимум.В этом алгоритме импульс не имеет постоянного значения, но уменьшается после каждого успешного шага от начального значения (0,01), стремясь к конечному значению 0 (в этом случае было достигнуто значение 1e-8). При использовании этой процедуры производительность функции всегда снижается. Производительность проверки увеличилась более чем в заранее установленное число раз с момента ее последнего снижения (при использовании проверки). В этом исследовании входные данные разделены на подмножества обучения, тестирования и проверки, и могут использоваться критерии перекрестной проверки (Stone 1974). Это наиболее ценный критерий, позволяющий избежать переобучения (Smith 1996). Из подмножеств обучения и тестирования производительность сети проверяется на каждом шаге и используется для корректировки весов соединений. Затем сеть проверяется с использованием подмножества независимой проверки, проверяя, улучшается ли производительность, как ожидалось, или, наоборот, ухудшается (что означает чрезмерную подгонку), и в этом случае обучение прекращается.Чтобы избежать ложных минимумов, обучение продолжается в несколько шагов перед завершением процесса. Эволюция производительности (среднеквадратичная ошибка) сети в процессе обучения показана на рис. 14a, а также градиент, импульс µ и проверки достоверности на рис. 14b. Оптимальная производительность была достигнута с 613 эпохами (итерациями), если обучение не продолжалось еще 150 эпох, чтобы избежать ложных минимумов (как тот, который был обнаружен около эпохи 400, как можно увидеть на контрольном рисунке внизу). Рис. 14 Эволюция результативности в процессе тренировки. a Вариация MSE с количеством эпох. b Эволюция переменных участвует в процессе обучения Весовой анализ ИНС Веса в ИНС представляют количество каждого входного сигнала, который будет передан на выход. Матрица весов нейронной сети, полученная для исследуемого случая (таблица 6), может использоваться для оценки относительной важности различных входных переменных для выходной переменной.Относительная важность входных переменных рассчитывается с использованием алгоритма Гарсона (GA) (Garson 1991), широко используемого в литературе по нейронным сетям. Алгоритм Гарсона использует для расчета абсолютные значения весов. Таблица 6 Веса и смещения, соответствующие оптимальной ИНС На рисунке 15 показана относительная важность различных входных данных с использованием алгоритма Гарсона. GA показывает более высокий вклад от м 0 , UCS и GSI. Эти результаты будут подтверждены в следующем разделе, где будет проведено исследование чувствительности. Рис. 15 Относительная важность различных входных переменных в выходной переменной Проверка модели и показатели производительности После обучения модели необходимо выполнить этап проверки, чтобы убедиться, что, с одной стороны, ее способность обобщать между пределы, определяемые обучающими данными, и, с другой стороны, его устойчивость в широком диапазоне условий (Шахин и др., 2008). Самая простая мера производительности решается с использованием уже введенных статистических параметров, таких как коэффициент корреляции, r , среднеквадратичная ошибка в процентах, RMSPE, и средняя абсолютная ошибка в процентах, MAPE.Этот анализ был прокомментирован в предыдущем разделе и здесь не повторяется. Однако только проверка производительности приводит к сети, которая может давать точные прогнозы при использовании ситуаций, аналогичных обучающим данным, но может быть неустойчивой в других условиях. Шахин и др. (2005c) предложили провести анализ чувствительности для проверки изменений выходных данных при изменении входных данных. Затем анализируется надежность модели, исследуя, насколько хорошо прогнозы модели согласуются с известными лежащими в основе физическими процессами, то есть изменения в прогнозируемой несущей способности фундаментов мелкого заложения на горных массивах при изменении различных параметров должны согласовываться с тем, что ожидается из опыта и других аналитических и численных методологий. Анализ чувствительности исследует реакцию нейронной сети на набор гипотетических входных данных, которые генерируются в диапазонах минимума и максимума данных, используемых для обучения модели. Одна переменная изменяется в этих диапазонах, в то время как все остальные фиксируются на определенном выбранном значении. Процесс повторяется для каждой переменной, и с помощью этой процедуры генерируются различные наборы синтетических входных данных. Параметр UCS выбран в качестве эталона для всего анализа, поскольку он является одним из наиболее влиятельных параметров на отклик фундамента, и его влияние четко известно из аналитической формулировки, которая предсказывает, что несущая способность растет пропорционально UCS ( Серрано и др.2000). Вариация результатов с м 0 и GSI по сравнению с UCS показаны на рис.16 для случая нулевой дилатансии (рис. 16a, c) и связанной с ней дилатансии (рис. 16b, d) при сохранении постоянных других параметров. . Он показывает, что несущая способность сильно зависит от прочности на сжатие UCS породы, увеличиваясь почти линейно с увеличением UCS. Рост несущей способности с ПСК становится более выраженным при более высоком значении параметров m 0 (рис.16a) и GSI (рис. 16c), являясь результатом гораздо более чувствительным к изменению GSI, чем m 0 , как сообщалось в предыдущем исследовании (Серрано и Олалла 1994; Серрано и др. 2000; Мерифилд и др. 2006; Саада и др. 2008). Результаты, представленные для случая нулевой дилатансии (рис. 16b, d), показывают значительное снижение несущей способности по сравнению с соответствующим случаем дилатансии (рис. 16a, c). Снижение более важно для м 0 (рис. 16b), достигая 37% сокращения для м 0 = 32, в то время как для GSI (рис.16d) сокращение составляет около 24% для GSI = 85. Эти результаты согласуются с литературными данными (Alencar et al. 2019). Рис.16 Изменение несущей способности P h . Связь между m 0 и UCS для связанных ( a ) и нулевой дилатансии ( b ) случаев. Связь между GSI и UCS для связанных ( c ) и нулевой дилатансии ( d ) случаев. Коды переменных: дилатансия: дилатансия, Sh: форма, Rg: шероховатость, Wh: собственный вес Влияние B и собственного веса представлено на рис.17, так как они тесно связаны. Они получены для эталонного случая: м 0 = 12, GSI = 10, соответствующая дилатансия, 2D случай, грубый контакт. Когда рассматривается невесомая порода (рис. 17a), не видно различий в результатах для разных значений B , как и ожидалось из аналитического решения задачи. Если ввести собственный вес (рис. 17b), появляется значительная вариация результатов, более очевидная для больших значений UCS, что доказывает важное влияние B для выбранного случая (оно меньше для более высоких значений GSI). Рис.17 Изменение несущей способности P h Соотношение между B (м) и UCS для невесомой ( a ) и самовзвешенной породы ( b ) для эталонного случая: м 0 = 12, GSI = 10, Dilat = 1, Sh = 0, Rg = 1. Отношение. Коды переменных: дилатантность: дилатансия, Sh: форма, Rg: шероховатость, Wh: собственный вес Al. Цифры показывают согласованное и плавное изменение параметров, доказывая, что нейронная сеть предлагает надежный отклик во входной области, где она была обучены. Влияние различных гипотез на модель (дилатансия, форма, шероховатость и собственный вес) представлено на рис.18, где в качестве эталона выбрано промежуточное значение параметров ( м 0 = 10 , B = 11 м, GSI = 50), и каждый из остальных изменяется от 0 до 1 в качестве альтернативы, чтобы учесть его влияние на результаты. В целом, начиная с 2D-случая, с ассоциированной дилатансией, грубым контактом и невесомой породой (Dilat = 1, Sh = 0, R = 1, Wh = 0), на рисунке показано существенное уменьшение P h , когда дилатансия становится равной нулю, как и следовало ожидать.Меньшее уменьшение достигается, когда контакт изменяется с грубого типа на шероховатый, поскольку шероховатая граница раздела приводит к жесткости породы под фундаментом, и только небольшое увеличение наблюдается, когда учитывается собственный вес породы, показывая необходимое приращение работы. alexxlab Related posts Психология девочек 9 лет: особенности развития и советы родителям Каковы психологические особенности девочек 9 лет. Как меняется поведение и эмоциональная сфера в этом... Развитие детей по месяцам: календарь роста и навыков ребенка до года Как меняется ребенок в первый год жизни. Какие навыки приобретает малыш каждый месяц. Как... Игрушки из фетра своими руками: как сделать оригинальный мобиль для детской комнаты Как сделать красивый и развивающий мобиль из фетра для детской комнаты. Какие материалы понадобятся... Что взять с собой в роддом: полный список необходимых вещей для мамы и малыша Какие вещи действительно нужны в роддом для мамы и новорожденного. Что входит в список... Частое чихание у новорожденных: норма или повод для беспокойства родителей Почему грудные дети часто чихают. Когда частое чихание у младенца является нормой. В каких... Как развивать речь у детей 3-4 лет: эффективные методы и игры Как правильно стимулировать речевое развитие ребенка 3-4 лет. Какие игры и упражнения помогают улучшить... Latest posts Психология девочек 9 лет: особенности развития и советы родителям Каковы психологические особенности девочек 9 лет. Как меняется поведение и эмоциональная сфера в этом... Развитие детей по месяцам: календарь роста и навыков ребенка до года Как меняется ребенок в первый год жизни. Какие навыки приобретает малыш каждый месяц. Как... Игрушки из фетра своими руками: как сделать оригинальный мобиль для детской комнаты Как сделать красивый и развивающий мобиль из фетра для детской комнаты. Какие материалы понадобятся... Что взять с собой в роддом: полный список необходимых вещей для мамы и малыша Какие вещи действительно нужны в роддом для мамы и новорожденного. Что входит в список... Частое чихание у новорожденных: норма или повод для беспокойства родителей Почему грудные дети часто чихают. Когда частое чихание у младенца является нормой. В каких... Как развивать речь у детей 3-4 лет: эффективные методы и игры Как правильно стимулировать речевое развитие ребенка 3-4 лет. Какие игры и упражнения помогают улучшить... Leave a Comment Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Имя * Email * Сайт Комментарий * Search