Конспект лекций по дисциплине «Основания и фундаменты»

.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЛУГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ
Институт строительства, архитектуры
и жилищно-коммунального хозяйства
Кафедра проектирования и технологии строительства
А.А. МИРОШНИКОВА
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ:
«ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ»
для студентов специальности 08.05.01 – Строительство уникальных зданий и
сооружений специализации «Строительство высотных и
большепролетных зданий и сооружений»
Луганск
2026 год
.
УДК 624.154(075.8)
Рекомендовано Учебно-методическим советом
ФГБОУ ВО «Луганский государственный университет им. Владимира Даля»
(протокол № ___ от ____.____.20___ г.)
А.А. Мирошникова Конспект лекций по дисциплине «Основания и фундаменты» : для
студентов очной формы обучения по специальности 08.05.01 Строительство уникальных зданий и
сооружений специализации «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений»
/ сост. А.А. Мирошникова. – Луганск: Изд-во ЛГУ им. В. Даля, 2026. – 182 с.
Рецензент:
Д.С. Коваленко, заведующий кафедры управление жилищно-коммунальным хозяйством
ФГБОУ ВО «Луганский государственный университет им. Владимира Даля», к.т.н., доцент
Конспект лекций содержат теоретический материал по общим принципам проектирования
мелкого, глубокого заложения и свайного фундамента, излагаются общие положения и
теоретические основы их расчета. Лекции сопровождаются рисунками и схемами конструкций, а
также фотоматериалами. Материал лекций излагается последовательно, проектирование
оснований и фундаментов рассматривается с учетом совместной работы системы «основание –
фундаменты – конструкции сооружения».
Учебное издание предназначено для студентов специальности 08.05.01 Строительство
уникальных зданий и сооружений (специализация Строительство высотных и большепролетных
зданий и сооружений) в соответствии с программой курса «Основания и фундаменты».
Рекомендовано кафедрой проектирования и технология строительства
Протокол №9 от «18» мая 2026 г.
© Мирошникова А.А., 2026
© ФГБОУ ВО «ЛГУ им. В. Даля», 2026
2
.
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
4
Тема №1 Плитные фундаменты, мелкого заложения.
Тема№2 Проектирование фундаментов мелкого заложения.
Тема№3 Внецентренно нагруженные фундаменты.
7
30
58
Тема№4 Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных)
подушках.
Тема№5 Специальные фундаменты (фундаменты глубокого
заложения
Тема№6 Свайные фундаменты подушках
Тема№7.
Тема№8 Определение несущей способности одиночной сваи при
действии вертикальной нагрузки.
Тема №9. Проектирование и расчет свайных фундаментов.
70
Тема№10 Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах
Тема№11 Технология «стена в грунте» для устройства
подземных сооружений
Тема№12 Геотехнический мониторинг в условиях
строительства и реконструкции зданий.
161
166
Литература
85
108
124
143
149
178
181
3
.
Введение
Изучение дисциплины «Основания и фундаменты» позволит решать
задачи: оценки физико-механических и деформационных характеристик
грунтов оснований, при необходимости улучшать свойства оснований,
назначать основные размеры конструкции типа фундамента. а также выбирать
методы их устройства сохраняя при этом природную структуру грунтов в
соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 25100-2020
применяемую при производстве инженерных изысканий, проектировании и
строительстве зданий и сооружений. Дисциплине «Основания и фундаменты»
«строительные конструкции» предшествует «Строительные конструкции»
«Инженерная геология», «Механика грунтов».
Основные понятия и определения.
В соответствии с принятой в России классификацией все здания выше 75
м считаются высотными. Высотные здания высотой выше 100 м относятся к
уникальным и имеют повышенный уровень ответственности. Согласно
международной классификации здания делятся на высокие - высотой выше 30
м, небоскребы - выше 150 м и сверхвысокие небоскребы - выше 300 м.
Фундамент – это ответственная подземная часть сооружений, которая
воспринимает нагрузку от его надземной части и передает ее на ед. площади
основания. Фундамент должен удовлетворять требованиям прочности,
устойчивости, долговечности, технологичности устройства и экономичности.
- Работу оснований фундаментов и подземных конструкций
необходимо рассматривать единой системой, отдельные части которой
оказывают взаимное влияние друг на друга. Происшедшие аварии показали
неточности, которые допущенные при проектировании и неправильном
производстве работ, при устройстве оснований и фундаментов.
-Затраты на возведение фундаментов составляет в среднем 12% от
стоимости строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % сметной
стоимости
строительства.
Поэтому
необходимо
уметь
принимать
(проектировать) абсолютно обоснованные и экономически выгодные
конструктивные решения фундаментов.
Грунт – это любая горная порода, почва, осадок и техногенные
минеральные образования, рассматриваемые как многокомпонентные
динамичные системы и часть геологической среды, изучаемые в связи с
инженерно-хозяйственной деятельностью.
4
.
Основание – это толща грунтов со всеми особенностями напластования,
воспринимающая давление от сооружения на которых возводится сооружение и
в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них
нагрузок.
Рис 1. Основание и фундамент
В фундаментах принято различать:
1.Обрез – это плоскость, отделяющая фундамент от надфундаментной
части; подошву-плоскость которой фундамент опирается на грунт; 2 –это
стеновые блоки. Высота фундамента – это расстояние между его обрезом и
подошвой.
глубину заложения расстояние между поверхностью и подошвой.
Фундамент располагают на прочных грунтах. Фундаменты разделяют на
две основные группы мелкого и глубокого заложения.
От прочности и устойчивости фундаментов зависят общая прочность,
устойчивость и осадка здания.
Проектирование оснований и фундаментов должно включать в себя
обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или
искусственное); типа конструкции, материала и размеров фундаментов
(глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а также мероприятий,
применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания
на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.
- Конструирование фундаментов (класс бетона, выбор арматуры,
определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к курсу
железобетонных конструкций.
Общие сведения о грунтах:
Грунты – это любые горные породы коры выветривания литосферы,
используемые как материал, основание сооружения или среда его размещения.
5
.
В соответствии с ГОСТ 25100–2020 классификация грунтов производится по
комплексу признаков и выделяет классы, группы, подгруппы, типы, виды и
разновидности. Наименования грунтов должны содержать сведения об их
геологическом возрасте. Грунт представляет сложную систему частиц,
включающую три фазы: твердую, жидкую и газообразную. Свойства этих
компонентов, объемы, форма, количественные соотношения и взаимодействие
между ними определяют физическую природу грунтов.
Грунты: Природные. Насыпные.
При
строительстве
сооружения
требуется
знание
свойств
взаимодействующих с ним грунтов. По строительным свойствам (сжимаемость,
прочность и др.) грунты делят на: скальные, полускальные, крупнообломочные,
песчаные, пылевато-глинистые и особые.
Различают:
I.
Скальные основания, полускальные, крупнообломочные. песчаные,
пылевато-глинистые, органогенные и техногенные.
II.
Грунтовые представлены магматическими, метаморфическими
или осадочными породами с прочными жесткими связями между
минеральными зернами.
Скальные основания -массивная горная порода, обладающая
большой прочностью и малой сжимаемостью, имеет жесткие связи между
частицами грунта, расчетное сопротивление при сжатии более 5 МПа.
Изучением свойств скальных оснований и их поведением под
нагрузкой занимается наука «Механика скальных грунтов»
Грунтовые основания:
Раздробленная
горная
порода
(минерально-дисперсное
образование) – результат физического и химического выветривания массивных
горных пород.
Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой
прочностью, что необходимо учитывать при проектировании. Грунт
представляет собой трёхфазную систему (твердые частицы, вода и газ). От
соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов.
Свойства указанных грунтов определяются минералогическим и
гранулометрическим составами, и состоянием по плотности сложения.
Для некоторых разновидностей (мелкие и пылеватые пески) имеет
значение также степень заполнения пор водой.
Плотные крупнообломочные и песчаные грунты являются обычно
надежным основанием сооружений. Однако рыхлые пески интенсивно
уплотняются при динамических воздействиях.
Пылевато-глинистые грунты – продукт физического и химического
выветривания горных пород. В зависимости от содержания глинистой фракции
их подразделяют на супеси (3…10%), суглинки (10…30%) и глины (> 30 %).
Свойства этих грунтов определяются минералогическим и гранулометрическим
составом и содержанием воды, т.е. влажностью. Для них характерны такие
6
.
свойства, как способность принимать твердое, пластичное или текучее
состояние в зависимости от влажности, набухание, размокание, липкость,
усадка. Воду, содержащуюся в порах грунта, можно представить в следующих
видах:
в форме пара;
связанная: прочносвязанная; рыхлосвязанная;
свободная: гравитационная; капиллярная;
в твердом состоянии (лед);
кристаллизационная и химически связанная.
Грунт – это рыхлые горные породы верхних слоев литосферы.
- Проектирование оснований и фундаментов производится в соответствии
с нормативными документами. В группу особых грунтов выделяются илы,
торфы, заторфированные грунты, просадочные лессы и лессовидные грунты,
мерзлые и вечномерзлые, засоленные грунты и др.
Определяющим свойством грунтов этой группы является их структурная
неустойчивость. Это способность структурных связей быстро разрушаться при
некоторых воздействиях, нехарактерных для обычных условий формирования и
существования таких грунтов. При этом основание получает большие по
величине и быстро протекающие осадки, называемые просадками.
Соответственно грунты этой группы характеризуются как просадочные.
Свойства твердых (минеральных частиц) зависят от их размеров.
Глинистые частицы по химическому анализу существенно отличаются от
остальных (их форма чешуйчатая и игольчатая).
При этом необходимо:
1)
Обеспечить
прочность
и
эксплуатационную
надежность
сооружения (абсолютные осадки, а также их разность, не должны превышать
допускаемые для данных сооружений), т.е. S≤Su.
2)
Максимально использовать прочностные свойства грунтов, а также
материалов фундаментов.
3)
Выбрать оптимальный вариант на основе технико-экономического
сравнения, а также исходя из возможностей строительной организации с
минимальной стоимостью фундамент, с учётом трудоемкости и сроков
производства работ.
Общие правила проектирования оснований и фундаментов
1.
Изучить материалы инженерно-геологических, гидрогеологических
и геодезических изысканий на площадке будущего строительства. (Обязательно
должно быть изучение архивных материалов, особенно в условиях городской
застройки.)
2.
Произвести анализ проектируемого здания с точки зрения оценки
его чувствительности к неравномерным осадкам.
3.
Определить нагрузки на фундаменты. С этой целью разрабатывают
варианты проектных решений фундамента под наиболее характерную и
нагруженную конструкцию сооружения.
7
.
4.
Выбрать несущий слой грунта.
5.
Рассчитать предложенные варианты фундаментов по 2-м
предельным состояниям (прочность и деформации).
6.
На стадии выбора типа фундамента рассматривают не менее трех
вариантов, в числе которых обязательно должны быть фундамент на
естественном основании и свайный. Произвести экономическое сравнение
вариантов и выбрать наиболее дешевый.
7.
При технико-экономическом сравнении вариантов оценивают в
первую очередь осадки и прямые затраты на возведение фундаментов.
Произвести полный расчет и проектирование выбранного варианта
фундамента.
8. Затраты на возведение фундаментов определяют по федеральным
единичным расценкам в зависимости от объемов работ. При вычислении
объемов земляных работ крутизну откосов выемок под фундаменты
определяют по прил. 3 СНиП 3.02.01-87.; СП 22.13330.2011 «Основания зданий
и сооружений» и СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».
9. Прежде чем приступить к конструированию и расчету фундаментов,
необходимо четко представить себе конструктивное решение сооружения,
особенно в местах перехода надземной части здания в подземную, а также узлы
примыкания разных по назначению и нагрузкам частей сооружения.
С этой целью рекомендуется тщательно ознакомиться с соответствующей
литературой.
1 Тема: Плитные фундаменты, мелкого заложения.
План лекции:
1.1. Основания и фундаменты, история и основные понятия.
1.1.2. Конструкции фундаментов мелкого заложения.
1.2. Основные сведения о типах фундаментах мелкого заложения
ФМЗ и область их применения.
1.2.1. Отдельные фундаменты.
1.2.2. Ленточные фундаменты.
1.2.3. Сплошные фундаменты.
1.2.4. Массивные фундаменты.
1.3. Вопросы для самоконтроля.
1.1. Основания и фундаменты, история и основные понятия.
Объем строительства высотных зданий постоянно возрастает. В
настоящее время уже построено несколько сотен зданий высотой выше 200 м.
Общепризнанными лидерами в строительстве высотных зданий в
последнее время являются Китай и Объединенные Арабские Эмираты. Самое
высокое здание в мире высотой 828 м - Burj Khalifa - было построено в Дубае в
2010 г.
8
.
В Древней Греции и Китае сооружения опирали на подушки из тесаного
камня.
Фундаменты под храмы представляли собой непрерывные каменные
стены под каждой линией колонн. Народность майя в Юкатане (около 200 г.
н.э.) применяла фундаменты в виде сплошных плит.
Существенный прогресс в понимании «поведения» фундаментов
заключался в представлении о том, что площадь фундамента должна быть
пропорциональна нагрузке и что центр тяжести нагрузки должен располагаться
над центром тяжести фундамента. Эта идея, впервые опубликованная Ф.
Бауманом в США в 1873 г., использовалась проектировщиками много лет.
Отечественные ученые и инженеры внесли ценный вклад в развитие
науки и техники фундаментостроения. В 1899 г. инженер А. Н. Лентовский
впервые применил железобетон для устройства железобетонных кессонов.
В том же году инженер А. Э. Страус изобрел и впервые ввел в практику
строительства бетонные набивные сваи в буровых скважинах и набивные
железобетонные сваи. Цезарь построил мост на сваях через р. Рейн
Древние строители забивали эти сваи ручными деревянными кувалдами,
ручными подвесными молотами, копрами с ручными лебедками либо
использовали усилия от водяных колес. Современные методы забивания свай
возникли после появления в 1885 г. паровых свайных молотов. Первые
фундаменты в истории были в виде деревянных свай.
1.1.2. Конструкции фундаментов мелкого заложения.
Рис 1.4 Основные типы фундаментов мелкого заложения:
а – отдельный фундамент под колонну; б – отдельные фундаменты под
стену; в – ленточный фундамент под стену; г – то же, под колонны; д – то
же, под сетку колонн; е – сплошной фундамент.
9
.
1.2. Основные сведения типах фундаментов мелкого заложения и
область их применения.
Основанием называется напластование грунтов, непосредственно
воспринимающее давление от сооружения. Слой, находящийся под подошвой
фундамента, называется несущим, а нижележащие - подстилающими
Грунтовым сооружением называется конструкция, выполненная из
грунта (искусственная насыпь, дамба, искусственный откос и др.) или
выполненная в грунте (траншея, котлован и т.п.).
Фундаментом называется заглубленная в грунт конструкция, передающая нагрузки и воздействия от здания (сооружения) на основание.
В строительстве применяют фундаменты нескольких типов.
1.2.1. Фундаменты мелкого заложения, иногда называемые
фундаментами на естественном основании, обычно устраиваются в отрытых
котлованах на глубинах не более 3... 4 м. Они передают нагрузку- от надземной
части сооружений через подошву (нижнюю опорную часть фундамента).
К ним относятся ленточные фундаменты под несущие стены и ряды колонн, столбчатые фундаменты под пилоны и колонны; сплошные плиты – под
всей площадью сооружения или его частью.
(рис. 1.5)
а — ленточный фундамент несущей стены дома, построенный из
природного камня:
б - сборный железобетонный ленточный фундамент крупнопанельного
дома; в - сборно-монолитный отдельный фундамент под колонну каркаса
промышленного здания;
1 — кладка из природного камня на известковом растворе: 2 — валуны: 3
— лежни: 4 —стена; 5 — стеновые блоки; 6 — блок-подушка; 7 — монолитный
фундамент; 8 — сборный подколенник; 9 — колонна
Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая
поверхность и ступени (рис1.1,). Верхняя плоскость фундамента, на которую
опираются надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента.
Нижняя плоскость, через которую передается нагрузка на основание,
называется подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую
10
.
поверхность. Основания - это напластования грунтов (естественные,
искусственные и искусственно улучшенные), воспринимающие давление от
сооружения.
Рис: 1.6 Схема фундамента мелкого заложения под колонну.
Фундамент
должен
удовлетворять
требованиям
прочности,
устойчивости, долговечности, технологичности устройства и экономичности.
Многообразно назначение зданий и сооружений. Однако возникающие от
них деформации оснований и их неравномерность не должны превышать
предельных значений, устанавливаемых нормативными документами.
Высота фундамента, размеры его ступеней и сечение арматуры подошвы
определяются от расчетных нагрузок. Назначают такие размеры фундамента,
чтобы напряжения от поперечных сил воспринимались бетоном, избегая
поперечной и сжатой арматуры в изгибаемых сечениях подошвы (нижней
ступени).
Форма фундаментов должна быть наиболее проста для облегчения
устройства опалубки и бетонирования. Рекомендуется квадратная форма
ступенчатых и пирамидальных фундаментов в плане, за исключением случаев,
когда фундамент не может быть развит во все стороны из-за стесненных
габаритов и когда на фундамент действуют большие изгибающие моменты.
Высота фундаментов определяется необходимой глубиной заложения подошвы
и расчетом на продавливание.
Высотные здания высотой выше 100 м относятся к уникальным и имеют
повышенный
уровень
ответственности.
Согласно
международной
классификации здания делятся на высокие - высотой выше 30 м, небоскребы выше 150 м и сверхвысокие небоскребы - выше 300 м, где применимы
монолитные фундаментные плиты, свайные и комбинированные свайноплитные фундаменты.
Первые фундаменты в истории были в виде деревянных свай. К
фундаментам мелкого заложения относятся фундаменты, имеющие отношение
высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на
d
≤ 4 ⇒ ФМЗ. При
грунты основания преимущественно через подошву.
b
передаче нагрузки через фундамент на основание в нем происходят сложные
механические процессы. Так, при действии местной нагрузки произвольно
11
.
выделенный элемент грунта испытывает как нормальные, так и касательные
(сдвигающие) напряжения.
Эти фундаменты возводятся в открытых котлованах или в специальных
выемках,
устраиваемых
в
грунтовых
основаниях.
Фундаменты
классифицируют:
Рис 1.7 Схема фундамента мелкого заложения:
1 – фундамент; 2 – колонна; 3 – обрез фундамента.
- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:
•
монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.
•
сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.
- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:
•
отдельно стоящие фундаменты:
a)
под колонну (опору);
b)
под стены (при малых нагрузках)
•
ленточные фундаменты:
a)
выполняются под протяженные конструкции (стены);
b)
выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или
перекрестных лент.
•
сплошные (плитные) фундаменты
Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под
тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только
12
.
осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки
сооружения.
•
массивные фундаменты
Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под
небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы,
доменные печи, устои мостов и т.п.).
1.8 Основные варианты плитных фундаментов:
а) ленточный монолитный и сборный плита; б-ленточный из
перекрестных лент; в-отдельный (столбчатый) монолитный и сборный
(башмак); массивный под колонны(плоская плита) и под стены (ребристая
плита);д-массивный; 1-сборные железобетонные блоки ФБС; 2-сборная
железобетонная плита; ФЛ; 3- пояс жёсткости; 4 -сборный фундамент
стаканного типа под колонну(башмак); 5-колонна стена.;
Фундаменты мелкого заложения изготовляют из следующих материалов:
железобетон, бетон, бутобетон, каменные материалы (кирпич, бут,
пиленные блоки из природных камней) в отдельных случаях (временные
здания) допускается применение дерева.
13
.
Рис: I.8. Типы фундаментов с плоской и криволинейной подошвами:
а — ленточные непрерывные и прерывистые; б — перекрёстные ленты;
отдельные (столбчатые); г — плитные безбалочные; д — плитные балочные; е
—коробчатые; ж — круглые и кольцевые; з — фундаменты -оболочки в форме
складок; и — плита с конической оболочкой. Железобетон и бетон – основные
конструкционные материалы для фундаментов.
Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для
устройства фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен
подвалов.
Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве
фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их
бетонировании в распор со стенками.
Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов
монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают
достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и
на растяжение → действие моментов).
Ленточные фундаменты чаще всего используют как фундаменты под
стены, для передачи на грунт основания линейно распределенных нагрузок от
стен здания. Реже они применяются при устройстве фундаментов под
равномерную сетку колонн, в виде системы перекрестных лент. Обычно в их
состав входит фундаментная плита и стена подвала, передающая нагрузку от
стен или колонн здания.
Ленточные фундаменты мелкого заложения применяют для передачи
линейно распределенных нагрузок от стен здания.
Фундаменты в виде перекрестных лент под колонны велики и подошвы
смыкаются краями или при необходимости получения жесткого фундамента в
случае расположения недостаточно жесткой -конструктивной схемы здания
на неравномерно сжимаемом основании.
Фундаменты мелкого заложения могут применяться для любых зданий и
сооружений и инженерно-геологических условий. Однако при наличии в
основании слабых слоев грунта выбор типа фундамента (мелкого или
глубокого заложения) должен определяться на основе технико-экономического
сравнения вариантов.
Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая
поверхность и ступени. Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются
надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента. Нижняя
плоскость, через которую передается нагрузка на основание, называется
подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую поверхность
1.2.1. Фундаменты под железобетонные колонны.
14
.
Могут выполняться в монолитном или сборном варианте. Представляют
собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с
уширенной опорной частью.
- Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще,
уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом
жесткости α (≈30-40º), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле
фундамента не возникают растягивающие напряжения.
Пример жёсткого фундамента:
Рис 1.9. Конструкция жесткого фундамента:
а – с наклонными боковыми гранями; б – уширяющийся к подошве
уступами.
- Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с
помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн –
соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн –
креплением башмака колонны анкерным болтом, забетонированным.
Наименьшее отношение высоты уступа к его полному выносу h:l и высоты
фундамента устанавливается в пределах от 2 до 1 в зависимости от прочности
кладки фундамента и интенсивности давления по подошве.
Рис 1.10. Сборный фундамент под колонну:
а – из нескольких элементов; б – из одного элемента; 1 – фундаментные
плиты; 2 – подколонник; 3 – рандбалка; 4 – бетонные столбики; 5 –
монтажные петли.
- Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных
фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней – кратной 150
мм.
15
.
- При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу
фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры,
укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются
подземные конструкции (рис 1.10а.).
- В тех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из
одного элемента (рис 1.10.б) или переходят на монолитный вариант
фундамента.
- с целью сокращения трудоемкости работ по устройству
фундаментов и уменьшению их стоимости создаются новые типы фундаментов,
которые в соответствующих грунтовых условиях оказываются более
экономичными по сравнению с традиционными типами.
Фундаменты под колонны могут иметь одну или несколько ступеней.
Верхняя часть такого сборного фундамента имеет подколонник. Место в
подколоннике, в которое устанавливается колонна, называется стаканом.
Вертикальная часть наружного ленточного фундамента образует
фундаментную стену.
Щелевые фундаменты (рис.1.1.б.) представляют собой тонкие стенки
толщиной от 10 до 20 см, устраиваемые путем прорезки грунта и заполнения
щели бетоном с полным или частичным армированием. Подколенник опирается
непосредственно на бетонные пластины и выполняется в монолитном варианте.
Преимущество щелевого фундамента в том, что нагрузка на основание
передается не только торцом, но и боковой поверхностью. Однако щелевые
фундаменты можно устраивать только в глинистых грунтах.
Рис:1.11. Буробетонные (а), щелевые (б. Г.) и анкерные (в) фундаменты:
1 – колонна; 2 – арматурный каркас; 3 - фундамент; 4 – подколонник; 5
– плитная часть; 6 – бетонные пластины; 7 – анкеры (буронабивные сваи)
d=15-20см, l=3-4м.
Фундаменты с жесткими анкерами применяются при действии
значительных моментных нагрузок (крановых, ветровых), что позволяет
16
.
уменьшить крен и отрыв подошвы. В нескальных грунтах в качестве анкеров
применяются забивные или буронабивные сваи диаметром 15-20 см и длиной 34 м, жестко соединяемые с плитной частью. В скальных грунтах анкеры
представляют собой напрягаемые стержни с анкерными болтами.
Рис:1.12.г Ленточный многощелевой фундамент:
1 - поверхность грунта; 2 - распределительная плита; 3 - надземная стена;
4 - бетонные пластины; 5 - перекрытие; 6 - пол подвала.
Рис.1.13 в. Фундамент с наклонной подошвой:
1 - цокольная панель; 2 – полу-рама;
3 - раствор; 4 - фундамент; 5 – подготовка.
Песчаная подготовка устраивается в глинистых грунтах. В песчаных
грунтах при устройстве монолитных железобетонных фундаментов роль
песчаной подготовки выполняет слой из тощего бетона, называемый под
бетонкой. Толщина под бетонки принимается равной 100-150 мм.
1.2.1. Фундаменты под сборные железобетонные колонны.
Железобетонные колонны каркасных зданий опираются на отдельные
фундаменты стаканного типа: сборные составные так и монолитные. Нижняя
часть может быть отдельной плитой или состоит из нескольких плит. Наиболее
целесообразно применять отдельно стоящие ступенчатые фундаменты
Если в основании залегают прочные грунты и нагрузка на фундаменты
небольшая. То применяют фундаменты столбчатые отдельно стоящие и
17
.
фундаменты стаканного типа под колонны. Высота фундамента назначают из
условия предупреждения продавливая колонны.
Их применяют в случаях, когда неравномерности осадок не превышают
допустимых значений, они не сильно влияют на жесткость зданий и не могут
выровнять осадки оснований. Чтобы изменить давление в основании
необходимо изменить площадь подошвы фундамента т.е. увеличить ширину и
длину.
Рисунок 1.14 - Основные варианты плитных фундаментов:
а - ленточный монолитный и сборный (плита); б - ленточный из
перекрестных лент; в - отдельный (столбчатый) монолитный и сборный
(башмак); г - массивный под колонны (плоская плита) и под стены (ребристая
плита); д - массивный; 1 - сборные стеновые бетонные блоки ФБС; 2 - сборная
железобетонная фундаментная плита ФЛ; 3 - пояс жесткости; 4 - сборный
фундамент стаканного типа под колонну (башмак); 5 - колонна, стена
Армирование монолитного фундамента
.
18
.
Рис. 1.15. Армирование отдельного фундамента:
а — поперечный разрез; б — разрез по стакану; в — сетка армирования
стакана; 1 — колонна; 2 — стакан; 3 — вертикальная арматура
19
.
подколонника; 4 — сетки армирования стенок стакана; 5 — верхние ступени;
6 — гибкая нижняя ступень;7— рабочая арматура плиты; 8— подколонник
Верхние ступени жесткие при соотношении вылета к высоте 1:1.
Толщину дна стакана принимают не менее 200 мм из условия предотвращения
продавливания дна его колонной. По сечению А выполняется расчёт стенок
стакана и арматуры фундамента повышенной верхней ступени (подколонника).
Фундаменты под сборные колонны проектируют со стыком стаканного типа с
колонной. Зазор между стенками стакана и колонной 75 мм поверху и 50 мм
понизу служит для замоноличивания колонны. Глубину заделки колонны в
стакан (hgl - 50 мм) принимают не менее наибольшего размера поперечного
сечения колонны hc и не менее (Za„ + 1 см), где длину анкеровки арматуры 1ап
вычисляют для рабочей арматуры колонны. Глубину стакана hgi принимают
больше на 5 см, чтобы выравнивать колонну путем подливки при неточности в
отметке дна стакана.
Глубина заложения подошвы принимается не менее 0,5 м от поверхности
планировки DL и больше толщины почвенного слоя; с учетом глубины
промерзания и типов грунта; с учетом рядом стоящих фундаментов; из условия
заделки колонны. Размеры в плане плитной части фундамента а, b принимают
кратными 300 мм, по высоте — кратными 150 мм. С учетом выполнения
нулевого цикла верх фундамента сборных колонн устраивают ниже уровня
чистого пола на 150 мм
Рис. 1.16. Фундамент мелкого заложения:
1 — колонна; 2 — стакан; 3 — рабочая арматура стенки стакана; 4 —
рабочая арматура подошвы; 5 — ступень; hgl — глубина стакана; dg —
20
.
толщина стакана
Рис: 1.17
Монолитный железобетонный столбчатый фундамент:
а - общий вид; б - подколонник; 1 - плитная часть (одно-, двух- или
трёхступенчатая) 2 - подошвенная плита; 3 - подколонник стаканного типа; 4
- обрез фундамента; 5 - стакан; 6 - подошва фундамента; 7 - колонна.
Порядок проектирования внецентренно нагруженных фундаментов
стаканного типа под колонну:
•
Определение усилий N, М, Q, действующих на верхнем обрезе
фундамента;
•
Определение минимальной высоты фундаментов и глубины
заложения подошвы;
•
Определение размеров подошвы, в том числе с учетом осадок и
кренов.
•
Определение высоты сечения ступеней. Назначение размеров
стакана;
•
расчет сечений бетона и арматуры;
•
Рассмотрение мер по возможному снижению расхода
бетона и стали.
Высота фундамента, размеры его ступеней и сечение арматуры подошвы
определяются от расчетных нагрузок. Назначают такие размеры фундамента,
чтобы напряжения от поперечных сил воспринимались бетоном, избегая
поперечной и сжатой арматуры в изгибаемых сечениях подошвы (нижней
ступени).
Форма фундаментов должна быть наиболее проста для облегчения
устройства опалубки и бетонирования.
Рекомендуется квадратная форма ступенчатых и пирамидальных
фундаментов в плане, за исключением случаев, когда фундамент не может быть
21
.
развит во все стороны из-за стесненных габаритов и когда на фундамент
действуют большие изгибающие моменты. Высота фундаментов определяется
необходимой глубиной заложения подошвы и расчетом на продавливание.
Высотные здания высотой выше 100 м относятся к уникальным и имеют
повышенный
уровень
ответственности.
Согласно
международной
классификации здания делятся на высокие - высотой выше 30 м, небоскребы выше 150 м и сверхвысокие небоскребы - выше 300 м, где применимы
монолитные фундаментные плиты, свайные и комбинированные свайноплитные фундаменты.
1.2.2. Ленточные фундаменты
•
Под стены: также устраивают либо из сборных блоков, либо
монолитными.
Рис 1.18 Ленточные фундаменты:
а – монолитный; б – сборный сплошной; в – сборный прерывистый; 1 –
армированная лента; 2 – фундаментная стена; 3 --стена здания; 4 –
фундаментная подушка; 5 – стеновой блок.
22
.
Рис:1.19.1
Сборный ленточный фундамента - для здания с подвалом; б - для здания
без подвала 1 - поверхность грунта; 2 - бетонные блоки;3 - фундаментные
плиты
Примыкание поперечной стены:
Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента
предусматривается связь между продольными и поперечными стенами путем
перевязки их фундаментными стеновыми блоками или закладки в
горизонтальные швы арматурных сеток
Фундаментные стеновые блоки укладывают с перевязкой вертикальных
швов на участке длиной не менее высоты фундаментного стенового блока на
структурно неустойчивых грунтах и не менее 0,4 высоты блока при модуле
деформации грунтов Е > 10 МПа.
Рис 1.20 а — план; б — разрез; 1 — блоки продольных стен подвала; 2 —
арматурные сетки из стали А400 диаметром 8... 10 мм с шагом 150 мм; 3 —
блоки поперечной стены;
23
.
4 — подушки; b — ширина стены подвала.
При возведении сборных ленточных фундаментов на сильносжимаемых,
просадочных и других структурно неустойчивых грунтах для повышения
жесткости фундаментов предусматриваются армированные швы или пояса
(рис;1.20б) [13] поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых
блоков по всему периметру здания с соблюдением следующих требований:
-армированный шов должен быть толщиной 3-5 см; для его устройства
применяется цементный раствор не ниже марки раствора основной кладки и не
ниже И 50; армированный пояс выполняется из монолитного бетона толщины
фундаментного блока (кирпичной стены) и высотой 15-30 см, бетон марки не
ниже;
Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента
предусматривается связь между продольными и поперечными стенами путем
перевязки их фундаментными стеновыми блоками закладки в горизонтальные
швы арматурных сеток.
Фундаментные стеновые блоки укладывают с перевязкой вертикальных
швов на участке длиной не менее высоты фундаментного стенового блока на
структурно неустойчивых грунтах и не менее 0,4 высоты блока при модуле
деформации грунтов Е > 10 МПа.
-армированный шов должен быть толщиной 3-5 см; для его устройства
применяется цементный раствор не ниже марки раствора основной кладки и не
ниже И 50; армированный пояс выполняется из монолитного бетона толщины
фундаментного блока (кирпичной стены) и высотой 15-30 см, бетон марки не
ниже В15. Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента,
применяются закладки в горизонтальные швы арматурных сеток.
Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, применяют
ребристые железобетонные блоки или плиты с угловыми вырезами плиты.
Наибольшее применение нашли блоки сплошного трапециевидного сечения,
представляющие собой двухконсольные плиты, толщина которых определяется
величиной поперечной силы при отсутствии поперечной арматуры. Имеются
разработки по криволинейному очертанию верхней поверхности консольного
участка, соответствующему эпюре моментов; по созданию безопорных
участков на нижней поверхности фундаментной плиты для снижения величины
изгибающего момента. Монолитные плиты обычно имеют более
технологичную трапециевидную или прямоугольную форму.
24
.
Рис 1.18 Конструкции фундаментных плит:
а – сплошная; б – ребристая; в – с угловыми вырезами.
Для снижения расхода бетона на 20...30% применяются ребристые и
пустотелые блоки, но они менее технологичны при изготовлении.
Фундаментные стеновые блоки (ФБС) изготовляют из тяжелого бетона,
керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимают
равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см.
Фундаментные блоки ФБС изготавливаются по ГОСТ 13579-78.
С целью повышения прочности фундаментного блока, при изготовлении
он усиливается металлической арматурой, а при сушке используется пропарка
Применение технологии пропарки за одни сутки доводит ФБС изделие до
отпускной твердости. При традиционном способе сушки блоки «набирают» ту
же твердость за несколько недель. Надземные стены, не должны выступать над
фундаментными более чем на 12 см. Высота типовых стеновых блоков
составляет 280 или 580 мм (20 на цементный шов). Для повышения жесткости
сооружения (выравнивания осадок, антисейсмические мероприятия и т.п.)
сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными
поясами, устроенных поверх фундаментных плит или последнего ряда
стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне.
Стены подвала, а также фундаменты, передающие на основание
небольшие нагрузки, выполняются из фундаментных стеновых блоков. При
малосжимаемых грунтах, а также при малой изменчивости сжимаемости
основания ширина блоков принимается равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 300 мм. Надземные стены не должны выступать над
фундаментными более чем на 15 см. Расстояние между вертикальными швами
расположенных друг над другом блоков должно быть не менее 0,4 высоты
блока в малосжимаемых грунтах (Е > 10 МПа) и не менее высоты блока в
сильносжимаемых, просадочных, насыпных и набухающих грунтах.
В
технике:
в конструкциях
и
сооружениях
давление,
распространяющееся в горизонтальном направлении под влиянием сил,
действующих в вертикальном направлении- распор.
25
.
Распоры — это конструктивные элементы, применяемые в фундаментах
для увеличения их прочности и устойчивости.
Они предназначены для равномерного распределения нагрузок и
снижения напряжений в основании.
Существует несколько способов создания распоров в фундаментах:
1.
Геометрические фигуры: формируются за счёт изменения формы
подошвы фундамента (например, треугольные или ромбовидные плиты).
2.
Арматурные распоры: создаются с помощью арматуры,
уложенной в определённом порядке и связанной с прочными элементами
фундамента.
3.
Железобетонные распоры: создаются с помощью балок или плит
железобетонной конструкции, которые укладываются под подошвой
фундамента в разных направлениях.
Распоры позволяют:
•
принимать значительные нагрузки и перераспределять их на более
широкую площадь;
•
снизить давление на почву, особенно на тех участках, где
наблюдаются высокие напряжения;
•
увеличить несущую способность фундамента и снизить вероятность
его повреждений;
•
уменьшить деформации и склонность фундамента к смещениям и
перекосам;
•
повысить устойчивость фундамента к действию внешних нагрузок
и защитить его от негативного влияния окружающей среды и грунтовых
осадков
26
.
а),.
Рис:1.16
27
.
Для здания с подвалом расчетная схема к определению ширины подошвы
фундамента: рис;1.17.1
Вариант I - ленточный сборный фундамент;
Вариант II - свайный фундамент
Под колонны: устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и
выполняют, как правило, в монолитном варианте из железобетона. Возможно
их устройство и в сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых
между собой с последующим омоноличиванием стыков.
1.2.3. Сплошные фундаменты
Выполняются, как правило, из монолитного железобетона.
- По конструктивным особенностям различают:
28
.
•
•
•
Плитные (гладкие, ребристые);
Коробчатые. (см. рис. 1.18.1)
•
•
Рис 1.18.2 Сплошные фундаменты:
а – гладкая плита со сборными стаканами; б – гладкая плита с
монолитными стаканами; в – ребристая плита; г – плита коробчатого
сечения.
- Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от
изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на
продавливание в местах опирания колонн.
- Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы,
ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов
или выпусков арматуры.
1.2.4. Массивные фундаменты
Выполняются в монолитном варианте.
С целью сокращения объема бетона в тело массивного фундамента
закладывают пустообразователи.
При передаче на такой фундамент больших моментов (мачты, дымовые
трубы и т.п.) целесообразно его усиление анкерами, что позволяет повысить
устойчивость сооружения, уменьшить его размеры и массу.
29
.
Рис1.18.3. Массивный фундамент с пустообразователями:
1 – фундамент; 2 – пустообразователи.
Фундаменты под машины ударного действия.
Ударные нагрузки создают кузнечные ковочные штамповочные молоты и
другое оборудование, характеризуются работой в ударном режиме. расчет
фундамента проводят с учётом амплитуды вертикальных колебаний, а также
учитывают свойства грунтов основания на эти нагрузки. По материалу
фундаменты под машины могут изготавливаться из монолитного бетона или
сборного железобетона классов не ниже С12/15 и С15/20, а для машин ударного
действия только монолитный железобетон.
1.3. Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите различные виды фундаментов под колонны и стены.
2. Какова краткая история развития фундаментов?
3. Перечислите типы фундаментов по конструктивной форме.
3. Назовите материалы, употребляемые при устройстве фундаментов.
4. Когда преимущественно применяются сборные, бетонные и бутовые
фундаменты?
5. Как осуществляется сопряжение сборных колонн с фундаментом?
6. Какие типы фундаментов применяли в древности?
7. Какое назначение у фундаментов и почему применяют так много типов
фундаментов?
8.Какие типы фундаментов вы знаете? По какому признаку их
подразделяют?
9.Какие фундаменты относят к фундаментам мелкого заложения?
10.Перечислите их конструкции.
30
.
11.В чем отличие фундаментов мелкого заложения от малозаглубленных
фундаментов?
12.Почему наряду с фундаментами с плоской подошвой применяют
свайные фундаменты?
13.Всегда ли реализуется эффект распора в фундаментах? От чего зависит
степень его реализации?
14.Зачем нужно схематизировать грунтовые напластования?
15.Какая схема положена в основу расчета осадок отдельного
фундамента?
16.Какие виды деформаций фундаментов вы знаете?
17.Каково условие расчета деформаций?
18.Какие различные виды фундаментов под колонны, стены вы знаете?
19.Как осуществляется сопряжение сборных колонн с фундаментом?
20.Перечислите типы фундаментов по конструктивной форме.
Тема 2: Проектирование фундаментов мелкого заложения.
2.1. Расчет фундаментов мелкого заложения.
2.2. Определение глубины заложения фундамента.
2.2.1. Учёт ИГУ строительной площадки.
2.2.2. Глубина сезонного промерзания грунта.
2.2.3. Конструктивные особенности сооружения
2.3. Форма и размер подошвы фундамента.
2.4. Вопросы для самоконтроля.
2.1. Расчет фундаментов мелкого заложения
Расчёт конструкции фундамента возводимого в открытых котлованах
начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров
(это глубина заложения фундамента и размер его подошвы). При
проектировании учитывают экономичность конструкций быстроту их
возведения и максимальное использование несущей способности грунтов с
учетом деления грунтов на многообразие напластований по трем схемам.
Задание на проектирование должно содержать: данные об участке
строительства, сведения о возводимом сооружении, строительства сведения о
инженерно-геологических и гидрогеологических условиях на участке,
материалы геодезической съёмки. Далее выполняется анализ этих условий и
влияние их на варианты фундамента. Необходимо учитывать категории
сложности оснований: простое, средней сложности и сложное.
Также следует учитывать классы геотехнического риска условий
строительства.
Они зависят от факторов категорий сложности основания (простое,
средней сложности, сложное); уровней ответственности зданий и сооружений
(Ш,II,I).
31
.
Классы геотехнического риска строительства: А (низкий).Б (умеренный).
Н(сильный) и У(предельный).
Геотехнический риск–это риск нанесения вреда здоровью человека, в
связи с возможностью возникновения аварийной ситуации. Изменением
исходных параметров окружающей среды или имуществу.
Далее производят расчет по двум предельным состояниям:
I – Расчет по прочности (устойчивости)несущей способности, с учётом
всех возможных разрушений, которые могут произойти в результате потери
прочности или устойчивости при действии силовых факторов или
неблагоприятных воздействий внешней среды.
II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным
для всех ФМЗ. (исходя из нормативного давления на грунт основания
определяется ширина подошвы фундаментов) с учётом факторов.
затрудняющих нормальную эксплуатацию сооружений.
К первой группе предельных состояний оснований относятся
деформации неустановившейся ползучести, чрезмерные пластические
деформации, резонансные колебания, потеря устойчивости формы и
положения, вязкое или хрупкое разрушение.
Ко второй группе предельных состояний относятся такие состояния
оснований, при которых затрудняется нормальная эксплуатация здания или
сооружения или снижается его долговечность в результате недопустимых
осадок, прогибов углов поворота, а также колебаний, трещин и т. д.
Расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и
производится в одном из следующих случаев:
−
Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;
−
На
основание
передаются
значительные
по
величине
горизонтальные нагрузки;
−
В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению
сдвигу;
−
В основании залегают- наоборот, очень прочные – скальные
грунты.
Надежными грунтами называют грунты, которые обеспечивают
надежность требуемую работоспособность проектируемого сооружения.
Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум
группам предельного состояния, переходят к его конструированию.
32
.
2.2 Определение глубины заложения фундамента
Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше
объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения. Однако при
выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым
рядом факторов:
Геологическое строение участка и его гидрогеология (наличие воды);
Глубина сезонного промерзания грунта;
Конструктивные особенности здания, включая наличие подвала,
приямков, наличие и глубина заложения соседних фундаментов приямков и
фундаментов под оборудование; отметки заложения; наличие и глубина
прокладки подземных коммуникаций с конструкциями самого фундамента,
величина и характер нагрузок, передаваемых на фундаменты.
Глубину заложения фундаментов неотапливаемых и крайних рядов
фундаментов отапливаемых зданий следует принимать:
независимо от глубины промерзания грунта -𝑑𝑑𝑓𝑓 в случае залегания
ниже подошвы скальных крупнообломочных грунтов (в том числе с песчаным
заполнителем), песков (кроме мелких и пылеватых) или супесей с 𝐼𝐼𝐿𝐿 ≤ 0 при
уровне подземных вод 𝑑𝑑𝑤𝑤 = 𝑑𝑑𝑓𝑓 +2, а также мелких и пылеватых песков при
𝑑𝑑𝑤𝑤 ≥ df+2;
не менее 𝑑𝑑𝑓𝑓 - в случае залегания ниже подошвы фундамента песков
и глинистых грунтов с 𝐼𝐼𝐿𝐿 . > 0,25 и супеси с -𝐼𝐼𝐿𝐿 > 0, а также крупнообломочных
грунтов с глинистым заполнителем с 𝐼𝐼𝐿𝐿 ≥0,25 независимо от расположения
уровня подземных вод;
не менее 0,5 𝑑𝑑𝑓𝑓 / — в случае залегания ниже подошвы фундамента
суглинков и глин, в том числе и в виде заполнителя с 𝐼𝐼𝐿𝐿 ≤ 0,25.
Рис:2.20.1. Назначение глубины заложения подошвы фундаментов: а)
отапливаемые здания; б) неотапливаемые здания.
33
.
При этом глубина заложения исчисляется: при отсутствии подвала или
технического подполья - от уровня планировки, а при наличии подвала - от
пола подвала или технического подполья. В зданиях с подвалом и
полуподвалом, около приямков или каналов, примыкающих к фундаментам,
глубина заложения фундамента принимается не менее чем на 0,4 м ниже
отметки низа пола подвала этих помещениях, что предусматривает запас на
высоту блока или конструкции приямка.
Рисунок 2.19. - К определению глубины заложения фундаментов
а - при d1 <d; б - при d1 >d; в - для плитных фундаментов
1-наружная стена;2-перекрытие;
3- внутренняя стена; 4 - пол подвала;
5 – фундамент;
Рис:2.19.1- К определению глубины заложения фундаментов для плитных
фундаментов с подвалом.
Рисунок 2.2.19.2 - К определению глубины заложения фундаментов для
плитных фундаментов с подвалом
а - при 𝑑𝑑1 <d; б - при 𝑑𝑑1 >d; в - для плитных фундаментов
1наружная стена;2-перекрытие; 3- внутренняя стена; 4- пол подвала;
5-фундамент
34
.
2.2.1. Учёт ИГУ строительной площадки
рис.2.19.3
35
.
Учет ИГУ строительной площадки заключается в выборе несущего слоя
грунта. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности
и сжимаемости грунтов. По геологическим разрезам. Все многообразие
напластования грунта можно представить в виде трех схем:
Рис 2.20. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства
фундаментов:
1 – нормальный грунт; 2 – более прочный грунт; 3 – слабый грунт; 4 –
песчаная подушка; 5 – зона закрепления грунта.
2.2.2. Влияние грунтовых условий на выбор экономичного
фундамента
Конструкция фундамента определяется инженерно-геологическими и
климатическими условиями площадки строительства, типом сооружения,
нагрузками и различными воздействиями (деформационными, агрессивными и
др.), возможностями строительной организации и другими менее
существенными факторами.
При проектировании фундаментов сначала назначают несколько
вариантов их конструкций. Иногда при одних и тех же вариантах конструкций
принимают различные способы подготовки основания.
Для удобства предварительного назначения конструкций фундаментов в
зависимости от инженерно-геологических условий площадки известные типы
грунтов схематично подразделяют по физико-механическим характеристикам и
их напластованиям по глубине на отдельные типы. Подразделение грунтов по
их физико-механическим характеристикам условно, так как один и тот же грунт
может быть прочным для малоэтажных зданий и непрочным — для
многоэтажных зданий. Однако условное разделение грунтовых напластований
на отдельные схемы облегчает выбор вариантов.
Проведем апробированное в ряде проектных организаций разделение
грунтов:
к прочным грунтам относятся глинистые грунты с консистенцией IL< 0,3,
все песчаные грунты, кроме пылеватых песков; к непрочным грунтам
относятся глинистые грунты с консистенцией 0,6>IL>0,3, а также пылеватые
водонасыщенные пески при коэффициенте пористости е>0,6; к особо
36
.
непрочным грунтам относятся торф, ил, свежеуложенные насыпи, глинистые
грунты с консистенцией IL > 0,6; к особо прочным грунтам относятся скальные
и крупнообломочные грунты.
Для снижения расхода бетона на 20...30% применяются ребристые и
пустотелые блоки, но они менее технологичны при изготовлении. Наибольшее
применение
нашли
блоки
сплошного
трапециевидного
сечения,
представляющие собой двухконсольные плиты, толщина которых определяется
величиной поперечной силы при отсутствии поперечной арматуры. Имеются
разработки по криволинейному очертанию верхней поверхности консольного
участка, соответствующему эпюре моментов; по созданию безопорных
участков на нижней поверхности фундаментной плиты для снижения величины
изгибающего момента. Монолитные плиты обычно имеют более
технологичную трапециевидную или прямоугольную форму.
1
абв
г
д
е
ж з
и
к
л
м
н
Рис 2.21 Варианты фундаментов в различных типах грунтовых
напластований: а, м — забивные сваи; б — набивные сваи с уширением; в —
ленточный или столбчатый фундамент в непрочном грунте; г, к — плитный; д
— ленточный или столбчатый фундамент с опиранием на прочный грунт; е —
оболочка; ж — свая с развитой боковой поверхностью; з — набивная свая с
несколькими уширениями; и— свая-оболочка; л — фундамент с закреплением
слабой прослойки; н — фундамент на песчаной подушке; 1 — непрочный грунт;
2 — прочный грунт.
Рациональная конструкция фундамента должна быть наиболее
долговечной и надежной в течение срока эксплуатации, а также должна быть
оптимальной по затратам на ее устройство и эксплуатацию. Так как
долговечность входит в условия определения оптимальной надежности,
рациональность определяется надежностью и экономичностью.
Порядок выбора рационального варианта следующий:
1.анализ инженерно-геологических условий.
определение несущего слоя грунта, на который будет передана нагрузка
от подошвы фундамента или свай;
2.предварительное назначение вариантов фундаментов для схемы
грунтовых напластований с учетом нагрузок и возможностей строительной
организации;
37
.
3. предварительный расчет вариантов для одного из сочетаний нагрузок;
4.определение технико-экономических показателей при проектировании;
5.технико-экономическое сравнение и выбор оптимального варианта;
6.при возможности — определение потенциальной надежности,
долговечности и учет этих показателей при сравнении вариантов;
7.расчет и конструирование выбранного типа для всех сочетаний
нагрузок.
Для снижения расхода бетона на 20...30% применяются ребристые и
пустотелые блоки, но они менее технологичны при изготовлении. Наибольшее
применение
нашли
блоки
сплошного
трапециевидного
сечения,
представляющие собой двухконсольные плиты, толщина которых определяется
величиной поперечной силы при отсутствии поперечной арматуры. Имеются
разработки по криволинейному очертанию верхней поверхности консольного
участка, соответствующему эпюре моментов; по созданию безопорных
участков на нижней поверхности фундаментной плиты для снижения величины
изгибающего момента. Монолитные плиты обычно имеют более
технологичную трапециевидную или прямоугольную форму.
Рис:2.23. Схема выбора глубины заложения подошвы фундаментов
каркасных зданий:
а) одноэтажное здание; б) многоэтажное здание
При таком делении грунтов, если с поверхности на большую глубину
залегают «надежные» грунты, то глубина заложения подошвы фундаментов
принимается минимальной по данному критерию.
Если с поверхности грунта залегают «слабые» грунты, подстилаемые
«надежными» грунтами, то глубина заложения подошвы и конструктивное
решение фундаментов будут зависеть от толщины «слабого» слоя грунта. В
Указанных грунтовых условиях целесообразно вести вариантное проектирование фундаментов. Возможные варианты устройства фундаментов сле38
.
дующие: прорезка «слабого» слоя грунта и передача давления на «надежный»
грунт, полная или частичная замена «слабого» грунта более прочным,
фундамент свайный или в виде сплошной плиты.
Рис :2.24 Расчетная схема проверки фундамента на сдвиг.
При выборе типа и глубины заложения фундамента придерживаются
следующих общих правил:
−
Минимальная глубина заложения фундамента принимается не
менее 0,5 м от планировочной отметки;
−
Глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна
быть не менее 10-15 см;
−
По возможности закладывать фундаменты выше УГВ для
исключения необходимости применения водопонижения при производстве
работ;
−
В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно
возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и
сжимаемостью. Если это условие невыполнимо, то размеры фундаментов
выбираются главным образом из условия выравнивания осадок.
39
.
Для ленточных фундаментов определение грузовой площади Ан
наружной стены и для внутренней продольной Ав :
Для ленточных фундаментов наружной и стаканного типа под колонну
среднего ряда :
При расчете фундаментов зданий и сооружений необходимо учитывать
экцентриситет приложения некоторых нагрузок.
При сборе нагрузок для зданий с подвалом учитывается горизонтальное
давление грунта на стенку подвала Т, а также давление от пригрузки - О на
поверхности земли.
40
.
Все внешние нагрузки на фундамент могут быть приведены к одной из
четырех расчетных схем:
Рис:2.25 Расчет каждого фундамента должен производиться в
соответствии с его расчетной схемой приложения нагрузок.
.2.3. Глубина сезонного промерзания грунта.
Проблема заключается в том, что многие водонасыщенные глинистые
грунты обладают пучинистыми свойствами, т.е. увеличивают свой объем при
замерзании, за счет образования в них прослоек льда. Замерзание
сопровождается подсосом грунтовой воды из нижележащих слоев за счет чего
толщина прослоек льда еще более увеличивается. Это приводит к
возникновению сил пучения по подошве фундамента. Морозное пучение
грунтов относится к физико-механическим процессам, в результате которых
промерзающий грунт приобретает напряженно-деформированное состояние
под действием термодинамических изменений.
Напряжения, возникающие при пучении грунтов, настолько значительны,
что могут вызвать: деформации промышленных зданий и сооружений,
смещение (и искривление) железнодорожной колеи, опор мостов и линий
электропередачи, разрушение покрытий автомобильных дорог, аэродромов и
др. Которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание
таких грунтов приводит к резкому их увлажнению, снижению их несущей
способности и просадкам сооружения.
К пучинистым грунтам относят пески мелкие 'и пылеватые, суглинки и
глины, а также крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем,
содержащие в своем составе более 30 % (по массе) частиц размером менее 0,1
мм и промерзающие в условиях увлажнения.
Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и
глинистые частицы. К непучинистым грунтам относят: крупнообломочный
грунт с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней
крупности, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины
промерзания (в любых условиях). Пучинистые грунты характеризуются
деформацией морозного пучения равной высоте поднятия поверхности слоя
промерзшего грунта.
Силы пучения, действующие на фундамент при промерзании грунта:
нормальные и касательные, пучение грунта происходит неравномерно. Поэтому
41
.
грунт основания сооружения должен быть ниже глубины промерзания: в
песчаных грунтах на 10 см в глинистых на 25см.
Тогда d фундамента от поверхности земли соответственно h+0,1м и
h+0,25м.
Глубина заложения фундаментов в сухих гравелистых и крупнозернистых
песчаных грунтах не задерживающих воду у подошвы фундаментов наружных
стен каменных зданий не менее 1.0 м. а для внутренних стен фундаментов
независимо от глубины промерзания может приниматься 0, 5м. рис:2.25.1
рис:2.25
Независимо от грунтовых условий (кроме скальных грунтов) под
фундаментами устраивают подготовку: под монолитными — бетонную,
толщиной 100 мм из бетона класса В3,5; а под сборными — из песка
средней крупности слоем 100 мм. При возведении фундаментов на
скальных
грунтах
по
грунтовому
основанию
устраивают
выравнивающий слой из бетона класса В3,5.
42
df
d
.
силы морозного
пучения
Рис. 2.26. Мелкого заглубления фундамент-1 — стена здания, 2 •—
гидроизоляция, 3 — фундаментный блок, 4 — подушка из непучинистого
материала, 5 — засыпка из непучинистого материала. 6 — отмостка .
df – глубина сезонного промерзания грунтов.
Если d<df – фундамент поднимается.
Надо пройти мощность промерзания грунта и заложить фундамент на
большую глубину (в Подмосковье это 1,4 м). d>df
Для малых зданий (дачные постройки) настоящий бич – боковые силы
пучения грунта:
d f = Kh ⋅ dfn
Kh – коэффициент, учитывающий тепловой режим подвала здания.
dfn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта
d fn = do Mt
Mt – коэффициент, численно равный ∑ абсолютных значений (-)
температур за зиму в данном районе.
do– коэффициент, учитывающий тип грунта под подошвой фундамента.
Деформации основания в зависимости от причин их возникновения
подразделяются на деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки,
горизонтальные перемещения) и деформации, не связанные с действием
внешней нагрузки (оседания, просадки от собственного веса, подъемы и др.)
рис:2.27
43
.
Различают следующие основные виды деформаций оснований:
1.Абсолютные осадки;
2.Средние осадки.
3.Перекос;
4.Крен;
5.Относителный прогиб;
6.Относительный выгиб (перегиб).
Наиболее важны для нормальной эксплуатации здания прогиб, выгиб,
перекос, крен фундамента или сооружения, скручивание, горизонтальные
перемещения фундаментов или сооружения в целом. Перемещения
фундаментов, а также сооружений характеризуются абсолютными смещениями
(осадками и др.), средними значениями и неравномерностью осадок
(смещений). Абсолютные осадки рассматриваются для отдельных фундаментов. Максимальную величину абсолютной осадки находят для самых
неблагоприятных грунтовых условий для данного фундамента.
До расчёта осадок в некоторых случаях необходимо проверить прочность
слабого слоя. Такая проверка требуется только в том случае, если расчётное сопротивление подстилающего слоя меньше расчётного сопротивления несущего
слоя. Это устанавливается при оценке инженерно-геологических условий площадки.
Целью расчета оснований по деформациям является ограничение
абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется
нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность
вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов. Все
здания и сооружения по жесткости и характеру деформации подразделяются на
абсолютно жесткие, абсолютно гибкие и обладающие конечной жесткостью.
Формами деформаций и смещений оснований как характеризующими
совместную деформацию основания и сооружения являются: абсолютная
осадка отдельного фундамента, средняя осадка сооружения, относительная
неравномерность осадок двух фундаментов, прогиб, выгиб, перекос, крен,
кручение, горизонтальные смещения фундаментов. Они возникают в
зависимости от характера развития неравномерной осадки и от жесткости
сооружения.
Прогиб и выгиб, как правило, возникают в протяженных зданиях и
сооружениях, не обладающих большой жесткостью.
.
44
.
(рис. 2.28)
.
Это значение предельного уширения (предельного выноса консоли)
зависит от материала, из которого устраивается фундамент, и обычно
выражается через угол уширения 26-38°или тангенс этого угла. Тангенс угла
уширения α равен отношению величины уширения (величины выноса консоли)
к высоте конструкции фундамента (рис. 2.43.).
Формы деформаций зданий и сооружений (по Б. И. Далматову)
При развитии прогиба (рис. 2.28, а) наиболее опасная зона растяжения
находится в нижней части здания или сооружения, при выгибе (рис. 2.28,
ж) —в верхней. В зависимости от степени неравномерности
деформирования грунтов основания и жесткости здания или сооружения в его
конструкциях развиваются растягивающие усилия. При большей жесткости
здания или сооружения на одних и тех же грунтах эти усилия больше. В
зависимости от этих факторов уменьшается или увеличивается величина
прогиба или выгиба.
Относительный прогиб или выгиб рассматривается как отношение стрелы
прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка здания или
сооружения.
Расчет оснований по деформациям производят из условия :
𝑠𝑠 < 𝑠𝑠𝑢𝑢; 𝑠𝑠 < 𝑠𝑠𝑢𝑢,
(1.1)
где: s — абсолютное значение осадки жёсткого сооружения либо
отдельного фундамента определяемая как среднее вертикальное
перемещение фундамента;
ṡ — средняя осадка, определяемая как среднее значение абсолютных осадок
отдельных фундаментов; su, — предельные значения абсолютных и средних
осадок по СНиП. Проверка условия (1.1) является предварительной; основным
расчетом оснований по деформациям является проверка относительных
45
.
неравномерностей осадок. Величина средней осадки S определяется как
средневзвешенное значение абсолютных осадок отдельных фундаментов,
имеющих общую надземную конструкцию
𝑠𝑠 ̅ = (𝑆𝑆1 𝐴𝐴𝑓𝑓1 + 𝑆𝑆2 𝐴𝐴𝑓𝑓2 + ⋯ + 𝑆𝑆𝑛𝑛 𝐴𝐴𝑓𝑓𝑓𝑓 )/(𝐴𝐴𝑓𝑓1 + 𝐴𝐴𝑓𝑓2 + ⋯ + 𝐴𝐴𝑓𝑓𝑓𝑓 ),
(1.2)
где 𝑆𝑆1 , 𝑆𝑆2 , ...,𝑆𝑆𝑛𝑛 — осадки отдельных фундаментов или ленты; 𝐴𝐴𝑓𝑓1 , 𝐴𝐴𝑓𝑓2 , ..,
𝐴𝐴𝑓𝑓𝑓𝑓 ~ площади подошвы фундаментов, осадки которых вычислялись.
Основным методом определения конечной осадки, рекомендуемым СП 50-1012004 и СНиП 2.02.01 — 83*, является метод послойного суммирования,
базирующийся на определении вертикальных нормальных напряжений в
основании по теории линейно-деформируемого полупространства. При этом
допускается: распределение напряжений в толще неоднородных оснований
принимать, как для однородной изотропной среды; осадки отдельных слоев
определять по модулям деформации, установленным для каждого слоя. Осадку
5, см, определяют по формуле :
где β — безразмерный коэффициент, равный 0,8; n — число слоев, на
которые разбита сжимаемая толща основания; z — среднее значение
дополнительного вертикального напряжения в z- слое грунта;—среднее
значение вертикального напряжения в -м слое грунта от собственного веса
удаленного при разработке котлована грунта;ℎ𝑖𝑖 — толщина z-ro слоя грунта, см,
принимаемая не более 0,4 ширины фундамента; 𝐸𝐸𝑖𝑖 — модуль деформации z-ro
слоя, МПа; 𝐸𝐸𝑒𝑒,𝑖𝑖 — модуль деформации z-ro слоя по ветви вторичного
нагружения, кПа
Осадки отдельных фундаментов рекомендуется определять с учетом
влияния нагрузок от соседних фундаментов (рис. 1.6), когда выполняется
условие:
𝐤𝐤 𝐫𝐫 𝐋𝐋𝐟𝐟 = 𝐋𝐋𝐫𝐫
(1.4)
где 𝑘𝑘𝑟𝑟 —коэффициент; 𝐿𝐿𝑓𝑓 — фактическое расстояние между осями.
0.6
Коэффициент 𝑘𝑘𝑟𝑟 определяется по формуле: 𝑘𝑘𝑟𝑟 =
𝑏𝑏
(E-10.0) + 1,..
Методом послойного суммирования определяется осадка фундамента и
глубина сжимаемой толщи: е между осями фундаментов, см; L𝑟𝑟 — расстояние,
см, получаемое по графикам, в зависимости от ширины фундамента и
действующего по его подошве давления р МПа. Методом послойного
суммирования определяется осадка фундамента и глубина сжимаемой толщи.
46
.
Расчет оснований фундаментов.
Расчет оснований производят по второй группе предельных состояний
(по деформациям) для всех зданий и сооружений, если основание сложено
нескальными грунтами; по первой группе (по несущей способности) — если
необходимо обеспечить прочность и устойчивость основания, не допустить
сдвиг или опрокидывание, если на основание передаются регулярно
действующие горизонтальные нагрузки (подпорные стенки и др.), если
основания ограничены откосами или сложены скальными грунтами. Для
оснований из нескальных пород рассчитывают осадки фундаментов и
учитывают их неравномерность.
Задачей расчета оснований по деформациям является ограничение
деформаций над фундаментных конструкций пределами, гарантирующими от
появления недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и
повреждений, а также изменений проектных уровней и положений.
Нормы разрешают для отдельных видов зданий и грунтовых
напластований не рассчитывать осадки и их неравномерность при
одновременном выполнении следующих условий:
1)
грунтовые условия площадки строительства соответствуют
одному из указанных далее видов;
2)
инженерно-геологические условия площадки строительства
соответствуют области применения типового проекта по п. 5.5.49 СП 50-1012004;
3)
среднее давление по подошве фундаментов не превышает
расчетного сопротивления грунта R;
4)
степень изменчивости сжимаемости основания а£ (отношение
наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов
основания в пределах плана сооружения к наименьшему значению) меньше
предельной по п. 5.5.49 в СП 50- 101-2004;
5)
площади отдельных фундаментов под несущими конструкциями
отличаются не более чем в 2 раза.
Здания и грунты, для которых не обязателен расчет осадок (исключая
производственные здания с нагрузками на полы более 20 кПа (2 тс/м2)):
1)
промышленные здания: одноэтажные с несущими конструкциями, малочувствительными к неравномерным осадкам (например,
стальной или железобетонный каркас на отдельно стоящих фундаментах с
шарнирно опертыми фермами, ригелями), и с мостовыми кранами
грузоподъемностью до 50 т включительно; многоэтажные высотой до шести
этажей включительно с сеткой колонн не более 6 х 9 м;
2)
жилые и общественные здания: многоэтажные прямоугольной
формы в плане без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с
несущими крупноблочными, кирпичными или другими видами каменных стен,
а также со стенами из крупных панелей (протяженные многосекционные
высотой до девяти этажей включительно; не сблокированные башенного типа
высотой до 14 этажей включительно).
47
.
Для остальных зданий, сооружений и грунтовых условий рассчитывают
деформации и сравнивают их с допустимыми, указанными далее.
При расчете оснований фундаментов зданий и сооружений необходимо
учитывать разность осадок близко расположенных сооружений с
различающимися между собой нагрузками на грунт, загрузку территории
вблизи от существующих фундаментов насыпями и т. д. В этом случае надо
определить величину дополнительных осадок и кренов (при односторонней
пригрузке) существующих фундаментов. При этом упругие осадки,
вызываемые действием кратковременных нагрузок, могут не учитываться. Если
рассчитанные осадки фундаментов, их разность, крены, а также вызванные ими
относительный прогиб и уклоны превышают предельные значения, то нужно
увеличить глубину заложения, размеры подошвы фундамента, предусмотреть
упрочнение грунта, принять конструктивные мероприятия, повышающие
общую жесткость здания и его элементов, или, наоборот, придать зданию большую гибкость (нечувствительность к неравномерным осадкам).
Деформации основания в зависимости от причин их возникновения
подразделяются на деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки,
горизонтальные перемещения) и деформации, не связанные с действием
внешней нагрузки (оседания, просадки от собственного веса, подъемы и др.)
Для
оценки
сжимаемости
можно
использовать
следующую
классификацию. Грунт считается слабосжимаемым при 𝑚𝑚𝜈𝜈 < 0,05 МПа-1,
средне-сжимаемым при 𝑚𝑚𝜈𝜈 , = 0,05...0,5 МПа-1 и сильно-сжимаемым при 𝑚𝑚𝜈𝜈 , >
0,5 МПа-1.
рис: 29. Эпюры напряжений природного и дополнительного от пригруза.
Наиболее важны для нормальной эксплуатации здания прогиб, выгиб,
перекос, крен фундамента или сооружения, скручивание, горизонтальные
перемещения фундаментов или сооружения в целом. Перемещения
фундаментов, а также сооружений характеризуются абсолютными смещениями
(осадками и др.), средними значениями и неравномерностью осадок
48
.
(смещений). Абсолютные осадки рассматриваются для отдельных фундаментов. Максимальную величину абсолютной осадки находят для самых
неблагоприятных грунтовых условий для данного фундамента.
Расчет оснований по деформациям производят из условия:
s<su; s<su
(1.5)
где s — абсолютное значение осадки отдельного фундамента; У —
средняя осадка, определяемая как среднее значение абсолютных осадок
отдельных фундаментов; su, — предельные значения абсолютных и средних
осадок по СНиП. Проверка условия (1.5) является предварительной; основным
расчетом оснований по деформациям является проверка относительных
неравномерностей
осадок. Предельные величины неравномерности деформации основания ∆𝑆𝑆 /𝐿𝐿 устанавливают с учетом влияния деформаций
основания на напряженное состояние конструкций и на условия эксплуатации
сооружений и связанных с ними механизмов (например, мостовых кранов и
др.). крупнообломочные грунты при содержании заполнителя менее 40%;
При конструкциях стен, способных оказывать сопротивление изгибу,
важен относительный прогиб, равный стреле прогиба или выгиба, отнесенной к
изгибаемой длине участка стены. Учитывают иногда процесс консолидации.
уплотнения грунтов в процессе эксплуатации. Также выполняют расчёт
влияния соседнего фундамента на осадку проектируемого. Если сооружение
возводится до затухания деформаций грунтов под действием веса насыпи при
подсыпке территории, то эти деформации также учитываются при расчете.
Если в ходе строительства фундаменты загружаются не одновременно, то
необходимо оценивать неравномерность деформаций соседних фундамент
толщи фундаментов при строительстве. Предельные величины деформаций
фундаментов можно найти в таблице 1.1 (СП50-101-2004, СНиП 2.02.01-83*
Основные типы сооружений по жесткости и характер их деформации.
Жесткость сооружений. В зависимости от чувствительности к
деформациям основания все здания и сооружения можно условно разделить на
три основных типа: абсолютно гибкие, абсолютно жесткие и конечной
жесткости.
Абсолютно гибкие сооружения беспрепятственно следуют за
перемещениями поверхности грунтов основания во всех точках контакта так,
что дополнительных усилий при развитии неравномерных осадок в их
конструкциях практически не возникает. Примером таких конструкций
являются искусственные насыпи (полотно автодорог, земляные дамбы и др.).
Даже значительная неравномерная осадка для них не является опасной. Для
обеспечения проектных отметок насыпь делают выше на величину ожидаемой
осадки, т.е. придают насыпи строительной подъем (этому же типу сооружений
относятся днища металлических вертикальных цилиндрических резервуаров,
которые работают как абсолютно гибкая мембрана и могут без ущерба
дляпрочности конструкции получать большой прогиб
49
.
рис. 2.30.
Рис: 2.31 Расчетная схема при определении осадки фундамента:
необходимо оценивать неравномерность деформаций соседних фу DL —
отметка планировки; NL — отметка природного рельефа; FL — отметка
подошвы; WL — уровень грунтовых вод; ВС — нижняя граница сжимаемой
толщи фундаментов при строительстве.
Деформации основания под абсолютно гибкими сооружениями: а насыпь из сыпучего грунта; б - днище стального цилиндрического резервуара.
Контрольные вопросы
•
1.Какая схема положена в основу расчета осадок отдельного
фундамента?
•
2.Какие виды деформаций фундаментов вы знаете?
•
3.Каково условие расчета деформаций?
•
4.Какие различные виды фундаментов под колонны, стены вы
знаете?
•
5.Как осуществляется сопряжение сборных колонн с фундаментом?
•
6.Перечислите типы фундаментов по конструктивной форме.
•
7.Назовите
материалы,
употребляемые
при
устройстве
фундаментов.
•
8.Когда преимущественно применяются сборные, бетонные и
бутовые фундаменты?
•
9. Какова область применения плитных фундаментов?
•
10. Как подразделяются конструкции плитных фундаментов?
•
11.Какова роль сил распора в напряженно-деформированном
50
.
состоянии плитных фундаментов?
•
12.Как перераспределяются контактные давления в процессе
деформирования фундаментов?
Учёт совместной работы основания и фундаментов. Классификация
сооружений по жесткости.
Абсолютно жесткие сооружения. К ним относят здания панельные.
Балочные кирпичные, в которых междуэтажные перекрытия опираются по
всему контуру на поперечные и продольные стены или только на поперечные
несущие при малом шаге; сооружения: водонапорные башни, силосные
корпуса. Дымовые трубы и др.
Подошва таких сооружений сохраняет свою плоскую форму при любом
виде деформации основания, а их неравномерная осадка оценивается
величиной крена. Выравнивание осадок происходит за счет развития в
конструкциях сооружения дополнительных усилий.
Давление
от
жесткого сооружения
на
грунт
распределяется
равномерно,
а
реактивные давления в
грунте распределяются
по
криволинейной
Рис. 2.32
эпюре (рис. 2.32).
1 - распределенное равномерное давление по обрезу фундамента;
К сооружениям 2-реактивные давления - эпюра контактных напряжений под
такого типа относятся подошвой фундамента
дымовые
трубы,
домны,
элеваторы,
атомные реакторы, массивные мостовые опоры и т.п.
Большинство зданий и сооружений обладают конечной жесткостью.
Они также перераспределяют давление по подошве фундамента, однако
частично следуют за искривлением поверхности основания. Дополнительные
усилия вызывают деформации и образование трещин в элементах конструкций.
Это происходит тогда, когда усилия в конструкциях превышают прочность
материала, из которых они выполнены. При возникновении трещин жесткость
сооружения снижается, а давление по подошве вновь перераспределяется.
Для исключения возможности развития недопустимых трещин необходи-
.
51
.
мо рассматривать совместную работу- сооружения и основания.
Б. Виды деформаций оснований и сооружений. В зависимости от
причин возникновения деформации оснований проявляются в виде
вертикальных, горизонтальных и угловых перемещений. Возможные виды и
формы неравномерных деформаций сооружений и оснований подразделяются
на следующие виды.
Абсолютная осадка жесткого сооружения либо отдельно стоящего фундамента, определяемая как среднее вертикальное перемещение подошвы
фундамента (рис. 2.5, а).
Прогиб и выгиб связаны с искривлением сооружений (рис. 2.5, б. в).
Такого вида деформации распространены для многих зданий и сооружений, не
обладающих очень большой жесткостью. Протяженные здания на одних
участках у г получать прогиб, а на других - выгиб. При прогибах наиболее
опасная зона растяжения находится в нижней части сооружения, а при выгибе в верхней. Чем большей жесткостью обладает сооружение, тем большие усилия
возникают.
Перекос возникает в конструкциях в случаях, когда резкая
неравномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности при
сохранении относительно вертикального положения конструкции (рис. 2.7, г).
Такой вид деформаций характерен для каркасных зданий
Крен - поворот сооружения по отношению к вертикальной оси,
проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента (рис. 2.33, д).
Такой тип деформаций наиболее опасен для высоких сооружений (дымовые
трубы, здания повышенной этажности, мачты, вышки и т.п.), загруженных с
эксцентриситетом, или в основании имеется несимметричное напластование
грунтов. В этом случае крен приводит к развитию дополнительных моментов,
которые, в свою очередь, способствуют увеличению крена, что может привести
к потере устойчивости сооружения и его опрокидыванию.
Крен могут получать колонны и стены, жестко не связанные с
остальными конструкциями.
52
.
Рис. 2.33 Характерные формы совместных деформаций основания и сооружений: а абсолютная осадка; б - прогиб; в - выгиб; г - перекос; д - крен; е - сдвиг
Закручивание возникает при неодинаковом крене сооружения по его длине и при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороны. При
этом виде деформации дополнительные усилия развиваются не только в стенах,
но и в конструкциях перекрытий, которые могут изгибаться или перемещаться
в горизонтальном направлении.
Горизонтальные перемещения фундаментов возникают, если опирающиеся на них конструкции передают значительные горизонтальные усилия
(распорные конструкции
Категории сложности основания:
1Простое(стандартное),
11-средней сложности (нормальное),
111- сложное (ненадёжное основание.
Вопросы для самоконтроля:
1.
Какова краткая история развития фундаментов? Какие типы
фундаментов применяли в древности?
2.
Каково назначение фундаментов и почему применяют так много
типов фундаментов?
3.
Какие типы фундаментов вы знаете? По какому признаку их подразделяют?
4.
Почему наряду с фундаментами с плоской подошвой применяют
свайные фундаменты?
53
.
5.
Каковы основные особенности напряженно-деформированного
состояния толстых фундаментных плит? Что такое эффект распора?
6.
Всегда ли реализуется эффект распора в фундаментах? От чего
зависит степень его реализации?
7.
Зачем нужно схематизировать грунтовые напластования?
8.
Какая схема положена в основу расчета осадок отдельного
фундамента?
9.
Какие виды деформаций фундаментов вы знаете?
10.Каково условие расчета деформаций? Какие деформации
допустимы?
2.2.3. Конструктивные особенности сооружения.
Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения,
влияющими на глубину заложения его фундамента, являются: наличие и
размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под
оборудование;- глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений;наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого
фундамента. -Глубина заложения фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже
отметки пола подвала (или заглубленного помещения), т.е. на высоту
фундаментного блока. Фундаменты сооружения или его отсека стремятся
закладывать на одном уровне.-Наличие и глубина прокладки подземных
коммуникаций и конструкций самого фундамента. -Глубина заложения
фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже отметки пола подвала
.
заглубленного помещения), т.е. на высоту фундаментного блока Фундаменты
сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном уровне.
Рис. 2.34. Выбор глубины заложения фундамента в зависимости от
конструктивных особенностей сооружения:
54
.
а – здание с подвалом в разных уровнях и приямком; б – изменение
глубины заложения ленточного фундамента; 1 – фундаментные плиты; 2 –
приямок; 3 – трубопровод; 4 – стена здания; 5 – подвал; 6 – ввод
трубопровода; 7 – стеновые блоки.
В других случаях, разность отметок заложения расположенных рядом
фундаментов (Δh) не должна превышать:
∆h ≤ a ⋅ (tgϕI +
cI )
P
a – расстояние в свету между фундаментами;
p – среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента.
Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно
примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на
одном уровне, либо проведение специальных мероприятий (шпунтовые стены).
Ввод коммуникаций (трубы водопровода, канализации) должен
быть заложен выше подошвы фундамента в заранее проектных нишах между
сборными блоками фундамента.
При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от
фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых
для прокладки труб. Кроме того, при необходимости замены труб не будут
нарушены грунты основания.
2.3. Форма и размер подошвы фундамента
Форма бывает любая (круглая, кольцевая, многоугольная,
квадратная, прямоугольная, ленточная, тавровая, крестообразная и более
сложная форма), но, как правило, она повторяет форму опирающейся на нее
конструкцию.
Площадь подошвы предварительно может быть определена из
условия:
PII ≤ R, где
PII – среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания
расчетных нагрузок при расчете по деформациям;
R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по
формуле СНиП.
Рис. 2.35. Расчетная схема центрально нагруженного фундамента.
55
.
Рис: 2.36 Расчетная схема вычисления площади подошвы фундаментов: а)
здание без подвала; б) здание с подвалом (наружная стена); в) здание с
подвалом (внутренняя стена)
Реактивная эпюра отпора грунта при расчете жестких фундаментов
принимается прямоугольной. Тогда из уравнения равновесия:
NII + Gf + Gg = A ⋅ Ro
Сложность в том, что обе части выражения содержат искомые
геометрические размеры фундамента. Но в предварительных расчетах вес
грунта и фундамента в ABCD заменяют приближенно на:
Gf + Gg = γm ⋅ d ⋅ A , где
γm – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его
уступах; γm=20 кН/м3;
d – глубина заложения фундамента, м.
NII
- необходимая площадь подошвы
NII + γm ⋅ A ⋅ d = A ⋅ Ro ⇒ A =
Ro − γm ⋅ d
фундамента.
Тогда ширина подошвы (b):
а) в случае ленточного фундамента; A=b·1п.м.:
NII
b=
Ro − γm ⋅ d
б) в случае столбчатого квадратного фундамента; A=b2:
NII
b=
Ro − γm ⋅ d
b
в) в случае столбчатого прямоугольного фундамента:
l
56
.
l
= n - задаемся отношением длины фундамента (l) к его ширине (b) (т.к.
b
фундамент повторяет очертание опирающейся на него конструкции).
A
Отсюда: l = nb ⇒ A = lb = nb 2 ⇒ b =
n
в) в случае столбчатого круглого фундамента:
b = D – диаметр фундамента.
πD 2
A
A=
⇒D=2
4
π
После предварительного подбора ширины подошвы фундамента b=f(Ro)
необходимо уточнить расчетное сопротивление грунта – R=f(b, φ, c, d, γ).
Зная точное R. Снова определяют b. Действия повторяют, пока два
выражения не будут давать одинаковые значения для R и b.
После того. Как был подобран размер фундамента с учетом
модульности и унификации конструкций проверяют действительное давление
на грунт по подошве фундамента.
Pí à÷, êð R Pï ðåä, êð
P
ô àçà
ñäâè ãî â
P
b
yz
s
0.25b
ô àçà óï ëî òí åí èÿ
Рис. 2.37.
PII =
NII + Gf + Gg
≤R
A
Чем ближе значение PII к R, тем более экономичное решение.
Этой проверкой мы проверяем возможность расчета по линейной теории
деформации грунта.
Если условие не соблюдается, тогда расчет необходимо вести по
нелинейной теории, что значительно его осложняет.
Для ленточных фундаментов условно вырезая 1м п. длины его .
определяют внешние нагрузки на него: от перекрытий и стен здания. От
собственного веса фундамента и грунта на его обрезах. А - подошва
фундамента распределяет равномерно нагрузку на ед .площади.
57
.
2.4. Вопросы для самоконтроля
1. Назовите группы предельных состояний для расчета оснований зданий
и сооружений.
2. От чего зависит и как определяется глубина заложения фундамента?
3. Какие грунты наиболее подвержены морозному пучению?
4. Назовите формы подошвы фундаментов.
5. Порядок расчета центрально-нагруженного фундамента.
6.какова задача расчета оснований по деформациям?
7.От чего зависит размер подошвы фундамента?
58
.
Тема:3 Внецентренно нагруженные фундаменты.
3.1. Порядок расчета внецентренно нагруженного фундамента.
3.2. Порядок расчета внецентренно нагруженного фундамента.
3.3 Проверка давления на слабый подстилающий слой грунта
(проверка подстилающего слоя).
3.4. Конструктивные требования при проектировании фундаментов.
3.1. Порядок расчета внецентренно нагруженного фундамента.
Рис: 2.38.
Расчётная схема ленточного фундамента при внецентренной нагрузке:
— эксцентриситет силы Nw относительно оси фундамента, м;
е𝐼𝐼 — эксцентриситет силы Ng относительно оси фундамента, м;
L — расстояние от низа перекрытия до подошвы;
h — глубина заложения подошвы, м
Если на фундамент действуют горизонтальные нагрузки и основание
сложено грунтами в нестабилизированном состоянии, то всегда производят
расчет фундамента на сдвиг по подошве. Устойчивость фундаментов на
59
.
действие сил морозного пучения грунтов проверяют, если в основании —
пучинистые грунты.
При расчете фундаментов зданий и сооружений каркасного типа
необходимо учитывать внецентренность приложения некоторых нагрузок.
При сборе нагрузок для зданий с подвалом учитывается горизонтальное
давление грунта на стенку подвала Т, а также давление от пригруза - О на
поверхности земли.
Все внешние нагрузки на фундамент могут быть приведены к одной из
четырех расчетных схем:
Рис: 2.39.
Грузовая площадь - А, м2 для колонн, наружных и внутренних стен
устанавливается по планам сооружений.
Сбор нагрузок для зданий без подвала производится на уровне
планировочной отметки земли [иногда на уровне пола первого этажа (отметка
+0.0)], а для зданий с подвалом - на уровне верха фундамента.
60
В случае действия внецентренного нагружения максимальное давление на
основание действует только под краем фундамента, то при подборе размеров
подошвы фундамента давление допускается принимать на 20% больше
расчетного сопротивления грунта, т.е.
P ≤ 1,2 R ,
max 11
это условие для многих фундаментов, кроме того, P =
cp
ΣNII
≤R
A
В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей
внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 3.2), давление
под ее угловыми точками находят по формуле:
6ex 6ey
NII
c
=
±
(1 ±
)
Pmax
A
l
b
min
Рис. 3.40. Схема смещения центра подошвы внецентренное загруженного
фундамента относительно двух главных осей инерции: а – смещение
равнодействующих внешних сил; б – устройство несимметричного
фундамента.
Поскольку в этом случае максимальное давление будет только в
одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение
удовлетворяло условию:
c
Pmax
≤ 1,5R , но при этом проверяются условия:
P ≤ R ; P max ≤ 1,2 R - на наиболее нагруженной части.
R-расчетное сопротивление грунта основания.
Упрощая расчёт и используя метод последовательных приближений при
необходимости уточняют значение R и далее определяют размеры подошвы как
центрально нагруженного фундамента.
61
А при наличии эксцентриситета меньше 0.03 b тоже должно соблюдаться
условие P max ≤ 1,2 R
Рис. 3.41
При наличии эксцентриситета e> 0,03 b площадь подошвы увеличивают
на 20-30% далее определяют значения А –площади подошвы фундамента, вес
фундамента и грунта на его уступах, далее определяют 𝑁𝑁𝐼𝐼𝐼𝐼 , 𝑀𝑀𝐼𝐼𝐼𝐼 ,𝑃𝑃𝑚𝑚𝑚𝑚х𝐼𝐼𝐼𝐼 и
проверяют условия P max ≤ 1,2 R и P =
cp
ΣNII
≤R
A
3.2. Порядок расчета внецентренно нагруженного фундамента
1.
Определяют размеры подошвы как для центрально нагруженного
фундамента.
NII
; P≤R
A=
Ro − γm ⋅ d
2.
Для принятых размеров подошвы определяют краевые напряжения
при внецентренном приложении нагрузки
6e
NII
(1 ± )
Pmax =
A
b
min
3.
Проверяется условие P max ≤ 1,2 R
4.
Если равнодействующая сил смещена относительно обеих осей,
тогда еще определяют краевые напряжения в угловых точках фундамента
62
c
Pmax
=
min
6ex 6ey
NII
)
(1 ±
±
b
l
A
c
5. Проверяют условие Pmax ≤ 1,5R
Наименьшую площадь подошвы получают когда соблюдается условие:
P=R
Схемы фундаментов и эпюр давления на грунт от центрально
приложенной вертикальной нагрузки а, б. в, и г- жесткие
фундаменты(пунктиром показан угол рассеивания напряжений; д и в- гибкие
фундаменты(пунктиром показана форма изгиба плитной части фундамента и
установленные эпюры давления на грунт)
Рис. 3.42. Назначение размеров жестких фундаментов: а — жесткий
фундамент; б — совмещенное изображение жесткого фундамента и
63
железобетонного фундамента с равновеликими площадями подошвы; / —
колонна (стена); 2 — подколенник (при железобетонных колоннах и каменных
фундаментах); 3 — бутовый (бетонный) фундамент; 4 — железобетонный
фундамент.
Рис. 3.43. —Конструктивные типы фундаментов:
а - жесткий монолитный неармированный с уширением в виде ступеней;
б - гибкий (изгибаемый) сборный армированный; 1 - арматура
Фундаменты из железобетона хорошо работают на изгиб (а
следовательно, на растяжение и срез), вследствие чего высота их не зависит от
ширины подошвы фундамента.
Фундаменты из железобетона хорошо работают на изгиб (а следовательно, на растяжение и срез), вследствие чего высота их не зависит от
ширины подошвы фундамента.
Поэтому при расчете сечений одиночных (столбчатых) и стеновых
фундаментов обычно используют геометрическую характеристику жесткости?
выражаемую через угол, α при расчете ленточных фундаментов, как балок на
упругом основании, используют более полную характеристику жесткости.
64
Это значение предельного уширения (предельного выноса консоли)
зависит от материала, из которого устраивается фундамент, и обычно
выражается через угол уширения 26-38°или тангенс этого угла. Тангенс угла
уширения α равен отношению величины уширения (величины выноса консоли)
к высоте конструкции фундамента (рис. 2.43.).
3.3 Проверка давления на слабый подстилающий слой грунта
(проверка подстилающего слоя).
При наличии в сжимаемой толщи слабых грунтов необходимо
проверить давление на них, чтобы убедиться в возможности применения при
расчете основания (осадок) теории линейной деформируемости грунтов.
Ro, êÏ à
p
ñë.
Rz
Z
Рис.3.44.
Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего
слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.
Gzp + Gzg ≤ Rz , где
Gzp и Gzg - дополнительное и природное вертикальные напряжения в
грунте на глубине z от подошвы фундамента;
Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя,
определяют по формуле СНиП, как для условного фундамента шириной bz и
глубиной заложения dz.
Все коэффициенты в формуле (γc1, γc2, k, Mq, Mg и т.д.) находят
применительно к слою слабого грунта.
Gzg = γ (d + z ) ; Gzp = α ⋅ po ; po = p − Gzg , o
NII + Gf + Gg
2z l
P=
; α = f( ; )
A
b b
65
Рис. 3.45. Расчетная схема к проверке давления на подстилающий слой
слабого грунта.
Ширину условного фундамента bz назначают с учетом рассеивания
напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять. Что давление Gzp
действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы
будет составлять:
NII
NII
, где
Gzp =
⇒ Az =
Az
Gzp
NII – вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;
Az
- для ленточного фундамента bz =
1n.m.
- для квадратного фундамента bz = Az
- для условного прямоугольного фундамента bz = Az + a 2 − a ,
(l − b)
a=
, где l и b – размеры подошвы проектируемого
2
фундамента.
Если проверка подстилающего слоя не выполняется, необходимо
увеличить размер подошвы фундамента.
66
3.4. Конструктивные
фундаментов
требования
при
проектировании
Монолитные фундаменты под сборные и монолитные железобетонные
опоры надземных конструкций необходимо проектировать ступенчатого типа с
размерами в плане подошвы, ступеней и подколонника, кратными 100 мм.
Высоту ступеней монолитных фундаментов рекомендуется назначать
кратной 50 мм, а при высоте плитной части фундамента более 1,5 м - 150 мм.
Под сборными фундаментами в глинистых грунтах необходимо
устраивать песчаную подготовку, а под монолитными, в любых грунтах, бетонную, из бетона класса не ниже В12,5( толщиной 100 мм с размерами в
плане, превышающими размеры подошвы фундамента на 100 мм.
Фундаменты под сборные колонны следует проектировать с устройством
стакана для установки колонны, размеры которого должны быть больше размеров колонны. Зазоры между стенками стакана и колонной должны составлять:
по низу - не менее 50 мм и по верху - не менее 75 мм.
Глубину стакана фундамента к с следует принимать равной глубине
заделки колонн плюс 50 мм.
Толщина дна стакана должна назначаться по расчету на продавливание и
составлять не менее 200 мм. Размеры и армирование стенок стакана назначаются из расчета на внецентренное сжатие с учетом рекомендаций табл. 1.
Толщина стенок стакана, мм
Таблица1
Колонны
Направле
Двухветве
ние усилия
е
<
е
> вые колонны
В
0,21с,
0,31с,
0,21н,
плоскости
но не менее но не менее (размер
со
Из
>200(
>200(
>200(150)
плоскости
150)
150)
Примечание. В скобках даны размеры для сборных фундаментов.
Для заделки зазора между сборной колонной и стенкой стакана должен
применяться бетон на мелком заполнителе, как правило, соответствующий
классу бетона стакана фундамента и не ниже класса В 15..
Армирование фундаментов следует назначать по расчету сварными или
вязаными сетками. Расстояние между осями стержней сеток рекомендуется
принимать равным 200 мм. Размеры (диаметр) рабочей арматуры следует
принимать не менее: для монолитных фундаментов при длине стержня до 3 м 10 мм, более 3 м - 12 мм, а сборных - 4 мм.
В качестве рабочей арматуры рекомендуется применять стержни
периодического профиля из стали класса 8500 и, при соответствующем
обосновании, арматуру класса 8400.
Арматурные сетки должны быть сварены или связаны вязальной проволокой диаметром 1,4.. .1,6 мм во всех точках пересечения стержней.
Площадь сечения нерабочих (конструктивных) стержней и поперечной
арматуры следует принимать (арматура из стали классов 8240, 8400, 8500) не
67
менее 10 % от площади сечения рабочей арматуры. Шаг поперечной арматуры
не более 300 мм.
Толщину защитного слоя бетона подошвы фундаментов, работающих в
неагрессивных средах, следует устанавливать:
для монолитных фундаментов - 80 мм (при наличии бетонной
подготовки - 45 мм);
для сборных фундаментов - не менее 45 мм;
во всех случаях - не менее диаметра рабочей арматуры и
максимального диаметра заполнителя бетона.
Соединение монолитных фундаментов с монолитными колоннами осуществляется посредством стыковки арматуры колонны с выпусками арматуры
из фундамента.
Проектирование фундаментов под стальные колонны производится
аналогично, что и фундаментов под железобетонные колонны. Отметка верха
подколонника и его размеры устанавливаются в зависимости от размеров
башмака колонн и принятого способа опирания на фундамент.
Сопряжение стальной колонны с фундаментом осуществляется при помощи анкерных болтов, которые должны устанавливаться в проектное положение
в виде анкерного блока, жестко закрепленного кондуктором от смещения, и бетонироваться одновременно с фундаментом. Рис.3.46.
Схема к определению величины глубины заложения фундамента
68
69
3.5. Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение центрально нагруженных фундаментов.
2. Что такое эксцентриситет?
3. Как определяются размеры фундаментов под колонну или стену под
действием внецентренной нагрузки?
4.Какой вид имеет эпюра давления на грунт при центральной нагрузке?
5.По какому закону происходит изменение
интенсивности давления по
подошве фундамента внецентренно нагруженного фундамента.
6. Какой тип фундамента применяют под металлическую колонну?
7.В каких случаях основание не является просадочным и относится к прочным
грунтам?
70
Тема №4.
Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных) подушках.
План лекции:
4.1. Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных) подушках.
4.2. Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке
4.3. Защита фундаментов и заглубленных помещений от подземных вод и
сырости
4.3.1. Отвод дождевых и талых вод
4.3.2. Дренаж
4.4. Вопросы для самоконтроля
4.1. Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных) подушках
Если несущий слой грунта оказывается слабым, и его использование в
качестве
естественного
основания
оказывается
невозможным
или
нецелесообразным, то приводят замену слабого грунта другим, обладающим
высоким сопротивлением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который
образует, так называемую, грунтовую подушку.
Рис.4.47. Устройство песчаных подушек при малой (а) и большой (б) толще
слабых грунтов:
1 – фундамент; 2 – слабый грунт; 3 – песчаная подушка; 4 – плотный
подстилающий грунт.
•
Подушки делают из:
−
Крупнообломочные грунты (гравий, щебень);
−
Пески крупные и средней крупности (удобнее и легче использовать);
−
Шлак;
−
В лёссах – местный перемолотый грунт.
•
Чаще всего грунтовые подушки имеют толщину 1…3 м (>3м не
целесообразно).
•
Используют подушки: (см. рис.4.47.)
−
При малой толще слабых грунтов - обыкновенная песчаная подушка;
−
При большой толще слабых грунтов - висячая песчаная подушка;
Такая форма песчаной подушки объясняется тем, что в ее зоне необходимо
уместить все виды напряжений.
71
z=1...3m
b
bz
Рис.4.48.
Пески: α=30º…35º;
Гравий: α=40º…45º.
Тогда bz = b + 2 z ⋅ tgα
−
Подушки отсыпаются слоями по 10…15 см, с уплотнением каждого
слоя до γd = 16…16,5 кН/м3.
−
к прочным грунтам относятся глинистые грунты с консистенцией IL <
0,3, все песчаные грунты, кроме пылеватых песков;
−
к непрочным грунтам относятся глинистые грунты с консистенцией 0,6
> IL > 0,3, а также пылеватые водонасыщенные пески при коэффициенте пористости
е > 0,6;
−
к особо непрочным грунтам относятся торф, ил, свежеуложенные
насыпи, глинистые грунты с консистенцией IL > 0,6;
−
Рис. 4.49
к
Рис:4.50. Варианты фундаментов в различных типах грунтовых
напластований:
а, м — забивные сваи; б — набивные сваи с уширением; в — ленточный или
столбчатый фундамент в непрочном грунте; г, к — плитный; д — ленточный или
72
столбчатый фундамент с опиранием на прочный грунт; е — оболочка; ж — свая с
развитой боковой поверхностью; з — набивная свая с несколькими уширениями; и—
свая-оболочка; л — фундамент с закреплением слабой прослойки; н —фундамент на
песчаной подушке;1—непрочный грунт; 2 — прочный грунт.
Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке.
1.
Задаемся характеристиками нового грунтового основания (т.е.
характеристиками песчаной подушки)
γ=19 кН/м3; φ=35º; с=0
2.
Определяют размеры подошвы фундамента как фундамента, стоящего
на грунте с выше перечисленными характеристиками.
P≤R
3.
Проверяем подстилающий слой
Gzp + Gzg ≤ Rz
Если это условие не выполняется, то увеличивают высоту висячей подушки.
4.
Далее производится расчет деформаций основания. Совместная
деформация песчаной подушки и подстилающего слоя S должна быть меньше Su.
S ≤ Su
Если это условие не выполняется. То также увеличивают высоту висячей
подушки (или размеры фундамента).
−
Применение песчаной подушки приводит к следующим положительным
эффектам:
1)
Поскольку модуль общей деформации песчаной подушки Е>20 МПа, то
их примение приводит к уменьшению осадок сооружения.
2)
Поскольку песчаные подушки имеют большой коэффициент
фильтрации (сильноводопроницаемы), то резко сокращается время консолидации
основания.
3)
Песчаные подушки устраиваются из непучинистых грунтов
(материалов), поэтому есть возможность уменьшить глубину заложения фундамента
d из условия учета глубины сезонного промерзания грунта df.
73
рис:4.51.
Расчет оснований производят по второй группе предельных состояний (по
деформациям) — для всех зданий и сооружений, если основание сложено
нескальными грунтами; по первой группе (по несущей способности) — если
необходимо обеспечить прочность и устойчивость основания, не допустить сдвиг
или опрокидывание, если на основание передаются регулярно действующие
горизонтальные нагрузки (подпорные стенки и др.), если основания ограничены
откосами или сложены скальными грунтами.
Для оснований из нескальных пород рассчитывают осадки фундаментов и
учитывают их неравномерность. Задачей расчета оснований по деформациям
является ограничение деформаций надфундаментных конструкций пределами,
гарантирующими от появления недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и повреждений, а также изменений проектных уровней и
положений.
Нормы разрешают для отдельных видов зданий и грунтовых напластований
не рассчитывать осадки и их неравномерность при одновременном выполнении
следующих условий:
Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться: абсолютной осадкой (подъемом) основания отдельного фундамента;
- средней осадкой основания сооружения ;
- относительной разностью осадок (подъемов) двух фундаментов
- расстояние между фундаментами;
- креном фундамента (сооружения) ;
- относительным прогибом или выгибом (длина однозначно изгибаемого
участка сооружения);
- кривизной изгибаемого участка сооружения;
- относительным углом закручивания сооружения;
- горизонтальным перемещением фундамента (сооружения).
Расчет оснований по деформациям производят исходя из условия,
S≤ S𝑈𝑈
где - совместная деформация основания и сооружения; - предельное значение
совместной деформации основания и сооружения, устанавливаемое в соответствии
74
с указаниями 5.5.46-5.5.50. СП 50-101-2004
6)
грунтовые условия площадки строительства соответствуют одному из
указанных далее видов;
7)
инженерно-геологические
условия
площадки
строительства
соответствуют области применения типового проекта по п. 5.5.49 СП 50-101-2004;
8)
среднее давление по подошве фундаментов не превышает расчетного
сопротивления грунта R;
9)
степень изменчивости сжимаемости основания а£ (отношение
наибольшего значения приведенного по глубине модуля деформации грунтов
основания в пределах плана сооружения к наименьшему значению) меньше
предельной по п. 5.5.49 в СП 50- 101-2004;
10)
площади отдельных фундаментов под несущими конструкциями
отличаются не более чем в 2 раза.
Здания и грунты, для которых не обязателен расчет осадок (исключая
производственные здания с нагрузками на полы более 20 кПа (2 тс/м2)):
3)
промышленные здания: одноэтажные с несущими конструкциями,
малочувствительными к неравномерным осадкам (например, стальной или
железобетонный каркас на отдельно стоящих фундаментах с шарнирно опертыми
фермами, ригелями), и с мостовыми кранами грузоподъемностью до 50 т
включительно; многоэтажные высотой до шести этажей включительно с сеткой
колонн не более 6 х 9 м;
4)
жилые и общественные здания: многоэтажные прямоугольной формы
в плане без перепадов по высоте с полным каркасом и бескаркасные с несущими
крупноблочными, кирпичными или другими видами каменных стен, а также со
стенами из крупных панелей (протяженные многосекционные высотой до девяти
этажей включительно; не сблокированные башенного типа высотой до 14 этажей
включительно).
Для остальных зданий, сооружений и грунтовых условий рассчитывают
деформации и сравнивают их с допустимыми, указанными далее.
Виды грунтов основания:
1)
крупнообломочные грунты при содержании заполнителя менее 40 %;
2)
пески любой крупности, кроме пылеватых, плотные и средней
плотности;
3)
пески любой крупности, только плотные;
4)
пески любой крупности, только средней плотности при
коэффициенте пористости е < 0,65;
5)
супеси при е < 0,65, суглинки при е < 0,85 и глины при е < < 0,95, если
диапазон изменения коэффициента пористости этих грунтов на площадке не
превышает 0,2 и IL < 0,5;
6)
пески (кроме пылеватых) при е < 0,7 в сочетании с глинистыми
грунтами при е < 0,5 и IL < 0,5 независимо от порядка их залегания.
.
При расчете оснований фундаментов зданий и сооружений необходимо
учитывать разность осадок близко расположенных сооружений с различающимися
между собой нагрузками на грунт, загрузку территории вблизи от существующих
фундаментов насыпями и т. д. В этом случае надо определить величину
дополнительных осадок и кренов (при односторонней пригрузке) существующих
75
фундаментов. При этом упругие осадки, вызываемые действием кратковременных
нагрузок, могут не учитываться. Если рассчитанные осадки фундаментов, их
разность, крены, а также вызванные ими относительный прогиб и уклоны
превышают предельные значения, то нужно увеличить глубину заложения, размеры
подошвы фундамента, предусмотреть упрочнение грунта, принять конструктивные
мероприятия, повышающие общую жесткость здания и его элементов, или,
наоборот, придать зданию большую гибкость (нечувствительность к
неравномерным осадкам).
Деформации основания в зависимости от причин их возникновения
подразделяются на деформации от внешней нагрузки (осадки, просадки,
горизонтальные перемещения) и деформации, не связанные с действием внешней
нагрузки (оседания, просадки от собственного веса, подъемы и др.)
Существуют следующие виды деформаций оснований фундаментов от
внешней нагрузки:
абсолютные осадки S;
1)
средние осадки 𝑠𝑠̅;
2)
относительная неравномерность осадок ṡ/L (L — расстояние между
фундаментами);
3)
крен ἰ
4)
относительный прогиб или выгиб (перегиб) f/ (𝐿𝐿Ф — длина
однозначно изгибаемого участка здания или сооружения);
5)
кривизна участка здания р;
6)
относительный угол закручивания сооружения v;
7)
горизонтальное перемещение фундамента uh.
Наиболее важны для нормальной эксплуатации здания прогиб, выгиб,
перекос, крен фундамента или сооружения, скручивание, горизонтальные
перемещения фундаментов или сооружения в целом. Перемещения фундаментов, а
также сооружений характеризуются абсолютными смещениями (осадками и др.),
средними значениями и неравномерностью осадок (смещений). Абсолютные осадки
рассматриваются для отдельных фундаментов. Максимальную величину
абсолютной осадки находят для самых неблагоприятных грунтовых условий для
данного фундамента.
Расчет оснований по деформациям производят из условия:
s<su ;s≤su,
(1.1)
где s — совместная деформация основания и сооружения; 𝑠𝑠̅ — средняя
осадка, определяемая как среднее значение абсолютных осадок отдельных
фундаментов; su, — предельные значения абсолютных и средних осадок по СНиП.
Проверка условия (1.1) является предварительной; основным расчетом
оснований по деформациям является проверка относительных неравномерностей
осадок.
Величина средней осадки У определяется как средневзвешенное значение
абсолютных осадок отдельных фундаментов, имеющих общую надземную
конструкцию:
где 51, 52, ..., sn — осадки отдельных фундаментов или ленты; Ад, Af2, .., Afn ~
76
площади подошвы фундаментов, осадки которых вычислялись.
При одном типе фундаментов величина s определяется.
рис:4.52. Схема к расчету осадки фундамента мелкого заложения на линейно
деформируемом основании (полупространстве) методом послойного суммирования:
по осадкам минимум трех фундаментов, имеющих в основании неодинаковое
напластование грунтов или различное влияние нагружения соседних фундаментов
или площадей. Для сплошных фундаментов средняя осадка определяется по данным
не менее чем трех буровых колонок.
Т а б л и ц а 2 [12]
Величины предельных деформаций основания
Предельные деформации основания
Сооружения
1. Производственные и гражданские
одноэтажные и многоэтажные здания с полным
каркасом:
- железобетонным
- то же, с устройством
железобетонных поясов или монолитных
перекрытий, а также здания монолитной
- стальным
- то же, с устройством
железобетонных поясов или монолитных
й
2. Здания и сооружения,
в
конструкциях которых не возникают усилия от
неравномерных осадок
3.
Многоэтажные
бескаркасные здания
с несущими стенами из:
крупных панелей
без армирования
- то же, с армированием, в том числе с
устройством железобетонных поясов
Относи
тельная разность
осадок (Д5/С)
рен г
Средняя
(максимальная)
осадка Ии, [см]
0,002
10
0,003
0,004
15
15
0,005
18
0,006
20
0,0016
12
0,0020
12
0,0024
18
4. Сооружения элеваторов из
железобетонных конструкций: - рабочие здания
и силосный корпус монолитной конструкции на
одной фундаментной плите
-
то же, сборной конструкции
отдельно стоящий силосный
монолитной конструкции
- то же, сборной конструкции
,003
—
,003
—
—
40
30
40
30
004
77
5. Дымовые трубы высотой Н, м:
Н < 100
100 < Н < 200
200 < Н < 300
Н > 300
6. Жесткие сооружения высотой до
100 м, кроме указанных в поз. 4 и 5
.005
-
40
30
20
10
,004
20
Окончание таблицы 34
Предельные деформации основания
Сооружения
7. Антенные сооружения связи: стволы мачт заземленные
- то же, электрически изолированные
- башни радио
башни
коротковолновых
- башни (отдельные блоки)
Опоры
воздушных
линий
электропередачи: - промежуточные прямые
- анкерные и анкерно-угловые,
промежуточные угловые, концевые, порталы
открытых распределительных устройств
- специальные переходные
Относи
тельная разность рен г
осадок (Д5/С)
Средняя
(максимальная)
осадка Ии, [см]
,002
0,002
0,0025
0,001
20
10
-
0,003
-
0,0025
0,002
-
Вопросы:
1.
Какое сочетание нагрузок учитывают при расчете деформаций
оснований? Какие нагрузки включают в это сочетание?
2.
В чем заключается цель расчета деформаций основания?
3.
В каких случаях выполняют расчет деформаций оснований?
4.
Что называют осадкой грунта? Какова физическая сущность
сжимаемости грунта?
5.
В каком случае основание фундамента можно рассматривать в виде
линейно деформируемого полупространства?
6.
Что такое расчетное сопротивление грунта?
7.
В чем отличие расчетного сопротивления грунта от предельного
сопротивления?
8.
От каких характеристик грунта зависит его расчетное сопротивление?
9.
Какова сущность метода послойного суммирования, используемого для
расчета осадок оснований?
10. Почему при расчете осадки фундамента методом послойного
суммирования однородное основание необходимо расчленять на элементарные
слои? С чем связано ограничение толщины элементарного слоя?
11.Как и для чего определяют мощность сжимаемой толщи основания?
12. Какие допущения заложены в метод послойного суммирования,
рекомендуемый СНиП 2.02.83 «Основания и фундаменты» для расчета осадок?
13. Чему будет равна осадка фундамента при модуле деформации грунта Е
= 20 МПа, если при Е = 10 МПа осадка такого же фундамента составляет 6 см?
14. Какой из фундаментов при одинаковых грунтовых условиях и равных
давлениях по подошве, но разной ширине B > 𝑏𝑏 даёт большую осадку?
15. Какой метод используют для того, чтобы определить осадки близко
расположенных фундаментов?
78
16. Какие конструктивные мероприятия используют для снижения и
выравнивания деформаций сооружения?
4.2. Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке.
Задаемся
характеристиками
нового
грунтового
основания
(т.е.
характеристиками песчаной подушки)
γ=19 кН/м3; φ=35º; с=0
Определяют размеры подошвы фундамента как фундамента, стоящего на
грунте с выше перечисленными характеристиками.
P≤R
Проверяем подстилающий слой
Gzp + Gzg ≤ Rz
Если это условие не выполняется, то увеличивают высоту висячей подушки.
Далее производится расчет деформаций основания. Совместная деформация
песчаной подушки и подстилающего слоя S должна быть меньше Su.
S ≤ Su
Если это условие не выполняется. То также увеличивают высоту висячей
подушки (или размеры фундамента).
−
Применение песчаной подушки приводит к следующим положительным
эффектам:
Поскольку модуль общей деформации песчаной подушки Е>20 МПа, то их
примение приводит к уменьшению осадок сооружения.
Поскольку песчаные подушки имеют большой коэффициент фильтрации
(сильноводопроницаемы), то резко сокращается время консолидации основания.
Песчаные подушки устраиваются из непучинистых грунтов (материалов),
поэтому есть возможность уменьшить глубину заложения фундамента d из условия
учета глубины сезонного промерзания грунта df.
Вопросы для самоконтроля:
1.
В каких случаях используют грунтовые подушки?
2.
Перечислите недостатки фундаментов на грунтовых подушках.
3.
Как определяют габариты (толщину и размеры подошвы) грунтовой
подушки?
4.
Какие методы используют для контроля плотности грунта подушки
после уплотнения?
5. Какие требования предъявляют к материалу грунтовых подушек?
. Особенности расчетов стен подвалов
По конструктивному решению стены подвалов зданий и сооружений делятся
на массивные и гибкие (рис.4.53.).
Массивные стены применяются в подвалах зданий и сооружений,
выполненных из кирпича, крупных бетонных блоков, панелей и т. д. Гибкие стены
выполняются в виде железобетонных навесных панелей, работающих на изгиб в
вертикальной плоскости.
79
Рисунок 4.53. - Конструктивные решения наружных стен подвалов: а массивная; б - гибкая, опертая на перекрытие; в - гибкая, опертая на колонны;
1 - стена подвала; 2 - колонна; 3 - перекрытие; 4 - фундамент
Стены подвала, опертые на колонны, рассчитываются по схеме разрезной
балки с расчетным пролетом, равным расстоянию между осями колонн, на
равномерно распределенную нагрузку от давления грунта, равного среднему
давлению в пределах условно принятой расчетной ширины панели.
Наружные стены подвалов, опертые на перекрытие, рассчитываются:
• по первой группе предельных состояний:
на устойчивость против сдвига на подошве фундамента (при отсутствии
решений, удерживающих стену от сдвига);
на устойчивость основания фундамента стены (для нескальных
грунтов);
на прочность элементов конструкций и узлов соединений;
по второй группе предельных состояний:
на деформации оснований фундаментов стен;
на образование трещин в элементах конструкций.
При расчете стен подвалов рассматривается участок по длине (высоте) равной
1,0 м или ширине одной панели.
Давление грунта на стены подвалов определяется как для подпорных стен.
Полезная нагрузка на прилегающей к подвалу территории по возможности
заменяется эквивалентной равномерно распределенной. При отсутствии данных она
принимается равной 10 кПа.
В опертых на перекрытие стенах подвалов усилия от бокового давления
грунта и временной нагрузки определяются как для балочных плит на двух опорах с
защемлением на уровне сопряжения с фундаментом, шарнирной опорой в уровне
опирания перекрытия с учетом возможного перераспределения усилий от поворота
(крена) фундамента и смещения стен при загружении территории временной
нагрузкой, с одной стороны.
Расчет наружных стен подвала производится из условия его загружения
грунтом (симметричное загружение) и односторонней временной нагрузкой д.
80
4.3. Защита фундаментов и заглубленных помещений от подземных вод и
сырости
Необходимость защиты фундаментов от подземных вод и сырости
вызвана тем негативным воздействием, которое они оказывают на состояние
строительных конструкций (появление на внутренней стороне стен сырости,
плесени, отслоение краски, отсыпание штукатурки, ухудшение санитарных условий
подвала за счет повышенной влажности; сырость может по капиллярам
конструкций распространиться и выше в нижние этажи зданий и т.д. и т.п.).
Три основные группы способов защиты заглубления помещений от
вредного воздействия подземных вод и сырости:
−
Отвод дождевых и талых вод;
−
Устройство дренажей для осушения грунта;
−
Применение гидроизоляции.
Выбор способа защиты зависит от топографических, гидрогеологических
условий, сезонного колебания УПВ, агрессивности вод, конструктивных
особенностей заглубленных помещений.
4.3.1. Отвод дождевых и талых вод
Вдоль наружных стен зданий обязательно устраивают отмостку с уклоном в
сторону от сооружения.
Рис.4.54.Геометрические характеристики фундамента с подвалом.
i
Рис.4.54. Схема отмостки
1.
Осуществляется вертикальная планировка территории застройки
(придание местности определенных уклонов).
2.
Устройство системы водоотливных канав, ливневой канализации и т.п.
4.3.2. Дренаж
Это система дрен и фильтров, которая служит для перехвата, сбора и
отвода подземных вод от сооружения.
Дренажи могут устраиваться как для одного здания (кольцевой дренаж),
так и для комплекса зданий (систематической дренаж), что более экономично, за
счет меньшей протяженности.
81
Рис. 4.55. Схема траншейного дренажа
Виды дренажей:
−
Траншейные;
−
Закрытые беструбчатые;
−
Закрытые трубчатые;
−
Галерейного типа;
−
Пластовый + пристенный.
1.
Траншейные дренажи.
(открытые
дренажи
и
канавы).Являясь
эффективным
средством
водопонижения (отвода вод), они в тоже время занимают большие площади,
осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют больших затрат для
поддержания их в рабочем состоянии.
2.
Закрытый беструбчатый дренаж – траншея, заполненная фильтрующим
материалом (гравий, щебень, камень) от дна до уровня подземных вод.
Предназначен для недолговременной эксплуатации (период пространства работ
нулевого цикла).
82
Рис.4.56. Виды дренажей:
а - закрытый беструбчатый; б – трубчатый совершенного типа; в –
трубчатый несовершенного типа; г – дренажная галерея; 1 – дерн корнями вниз; 2
– уплотненная глина; 3 - дерн корнями вверх; 4 – обратная засыпка из метного
песчаного грунта; 5 – щебень; 6 – каменная кладка; 7 – глинобетонная подушка; 8 –
песок средней крупности; 9 – труба; 10 – водоупор; 11 – обделка из сборных
железобетонных элементов; 12 – дренажная засыпка; 13 – отверстия для воды.
3.
Трубчатый дренаж – дырчатая труба (перфорированная) с обсыпкой
песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого
материала.
4.
Галерейный дренаж – применяют в ответственных сооружениях и там,
где большой приток воды.
5.
Пластовый дренаж – слой фильтрующего материала, уложенный под
всем сооружением. Вода из него отводится с помощью обычных трубчатых дрен.
Состоит, как правило, из двух слоев:
−
Нижний (h ≥ 100 мм) – песок средней крупности;
−
Верхний (h ≥ 150 мм) – щебень или гравий.
Рис. 4.57. Пластовый дренаж:
1 – уровень подземных вод; 2 – защищаемое заглубленное помещение; 3 –
пристенный дренаж; 4 – песчаный слой; 5 – защитное покрытие щебеночного слоя;
6 – песчано-гравийный или щебеночный слой; 7 – труба.
•
Часто при защите отдельных зданий пластовый дренаж сочетается с
пристенным (сопутствующим) дренажом – вертикальный слой из проницаемого
материала, устраиваемый с наружной стороны фундамента и заглубляемый ниже
его подошвы.
При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда
достаточно устройства только одного пристенного дренажа.
•
Собираемые воды отводятся и сбрасываются в водоемы, дождевую
канализацию или другие специальные места.
4.3.3. Гидроизоляция
Гидроизоляция предназначена для обеспечения водонепроницаемости
сооружений (антифильтрационная гидроизоляция), а также защиты от коррозии и
разрушения материалов фундаментов при физической или химической
агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).
1). Простейший случай – защита от капиллярной влаги.
На высоте 15-20 см от верха отмостки по выровненной горизонтальной
поверхности стен устраивают непрерывную водонепроницаемую прослойку из 1…2
слоев рулонного материала на битумной мастике (рис.)
83
Рис. 4.58. Изоляция стен от сырости и капиллярной влаги:
а – стена бесподвального здания; б – стена подвального помещения; 1цементный раствор или рулонный материал; 2 – обмазка битумом за два раза.
2). Если уровень грунтовых вод находится ниже пола подвала, то для защиты
фундаментов применяют изоляцию от сырости.
Для этого с наружной поверхности заглубленных стен осуществляется
обмазка горячим битумом за 1…2 раза и прокладываются рулонная изоляция в
стене на уровне ниже пола подвала.
3). Если УГВ выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию осуществляют в
виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по бокам.
Выполняется из рулонных материалов с не гниющей основой (гидроизол,
стеклорубероид, металлоизол, толь и т.п.) – оклеичная гидроизоляция.
- Вертикальная гидроизоляция наклеивается, как правило, с наружной
стороны фундамента, т.к. в этом случае под действием напора подземных вод
изоляция просто прижимается к изолируемой поверхности.
Для предохранения изоляции от механических воздействий (например, при
обратной засыпки) снаружи ее ограждают защитной стенкой из кирпича, бетона или
блоков. Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняют жидким цементным
раствором.
Рис. 4.59. Гидроизоляция подвальных помещений:
а – при небольших напорах подземных вод; б, в – при больших напорах
подземных вод; 1 – защитная стенка; 2 – уровень подземных вод; 3 – битумная
обмазка; 4 – цементный раствор или рулонный материал; 5 – рулонная изоляция; 6
– защитный цементный слой; 7 – бетонная подготовка; 8 – цементная стяжка; 9
84
– железобетонное ребристое перекрытие; 10 – железобетонная коробчатая
конструкция
- Горизонтальная гидроизоляция наклеивается на выровненную цементной
стяжкой поверхности подготовки и защищается сверху цементным или
асфальтовым слоем t=3…5см.
•
Гидростатической давление воды при УГВ до 0,5 м выше пола подвала
компенсируются весом конструкции пола.
•
Если УГВ выше отметки пола подвала более чем на 0,5 м, то применяют
специальные конструкции (заделанные в стены ж/б плиты, специальной плиты с
упорами в стены здания и т.п.).
•
В любом случае гидроизоляция должна устраиваться на высоту
превышающую максимальную отметку УГВ на 0,5 м.
4). Защита от коррозии.
- При слабоагрессивных водах делают глиняный замок из хорошо перемятой и
плотно утрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков
фундаментов.
Рис. 4.60. Изоляция фундаментов от агрессивных подземных вод:
1 – глиняный замок из перемятой глины; 2 – обмазка битумом за три раза; 3
– защитная стенка; 4 – рулонная изоляция; 5 – чистый пол; 6 – железобетонное
перекрытие; 7 – защитный слой; 8 – цементная стяжка; 9 – щебеночная или
гравийная подготовка на битуме.
- При более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность
защитной стенки и фундаментов покрывают за 2 раза битумной мастикой или
оклеечной изоляции из битумных рулонных материалов.
Снизу фундамента и под полом подвала изоляция имеет более сложную
конструкцию.
85
Рис. 4.61. Отдельные фундаменты под железобетонную (а) и стальную (б)
колонны постоянного сечения для зданий без подвалов: 1 - колонна; 2 - фундамент;
3 - отмостка; 4 - шлак; 5 - глиняный замок; б - противокапиллярная гидроизоляция;
7- траверса; 8 - анкерный болт
Рис.4.62. Конструкция гидроизоляции около отдельного фундамента под
железобетонную колонну:
1 - покрытие пола; 2 - конструкция пола подвала; 3 - защитная цементная
стяжка, 20 мм; 4 - рулонная гидроизоляция; 5 - выравнивающая цементная стяжка,
30 мм; б - бетонная подготовка; 7 - стальной лист; 8 - анкерный болт
у
фу
от сильноагрессивных вод:
1 - перемятая глина; 2 - обмазка битумом
за три раза; 3 - защитная стенка;
4 - рулонная изоляция; 5 - чистый пол;
6 - железобетонное перекрытие;
7
- защитный слой; 8 - цементная
стяжка; 9 - щебеночная или гравийная
подготовка на битуме; 10 - фундаментная
плита; 11 - перекрытие; 12 - отмостка
Рисунок 4.63.
86
Отдельные фундаменты под железобетонные колонны постоянного сечения
для зданий с подвалами:
а-в - при уровне подземных вод ниже подошвы фундамента; г - при высоком
уровне подземных вод; 1 - окрасочная гидроизоляция; 2 - отмостка; 3 противокапиллярная гидроизоляция; 4 - стеновая панель; 5 - колонна; 6 - плита
перекрытия; 7 - ригель; 8 - кирпичная стена; 9 - фундаментная балка; 10 фундаментный блок; И - покрытие пола; 12 - железобетонная плита; 13 - защитная
цементная стяжка, 30 мм; 14 - рулонная гидроизоляция; 15 - выравнивающая
цементная стяжка, 20 мм; 16 - бетонная подготовка, 100 мм; 17 - армированный
пояс; 18 - набетонка; 19 - защитная стенка из полнотелого глиняного кирпича на
цементном растворе, 120 мм
Рис.4.64.
На ряду с антикоррозионной изоляцией фундаменты защищают за счет
применения более стойких к данному виду агрессивности цементов
(сульфатостойкие и т.п.), а также плотных бетонов.
4.4. Вопросы для самоконтроля
1. Дайте определение «дренаж»?
2. Какие материалы, применяют при устройстве дренажа?
3. Опишите последовательность расчета фундамента на грунтовых подушках.
4. Назовите три основные группы способов защиты заглубления помещений
от вредного воздействия подземных вод и сырости.
5. Перечислите виды дренажей.
6. Для чего предназначена гидроизоляция фундаментов.
7.Назовите гидроизоляционные материалы, применяемые при устройстве
фундаментов.
8.Когда необходимо устраивать пристенный дренаж?
9.Когда применяют глиняный замок?
87
Тема 5: «Специальные фундаменты (фундаменты глубокого
заложения).
План лекции:
5.1. Фундаменты глубинного заложения
5.2. Опускные колодцы
5.3. Расчет опускных колодцев
5.4. Расчет на погружение и разрыв. Стена в грунте
5.5. Расчет на всплытие
5.6. Вопросы для самоконтроля
5.1. Фундаменты глубинного заложения .
Высотные здания высотой выше 100 м относятся к уникальным и имеют
повышенный
уровень
ответственности.
Согласно
международной
классификации здания делятся на высокие - высотой выше 30 м, небоскребы выше 150 м и сверхвысокие небоскребы - выше 300 м где применимы
монолитные фундаментные плиты, свайные и комбинированные свайноплитные фундаменты.
При больших сосредоточенных нагрузках, когда устройство ФМЗ в
котловане невыполнимо или невыгодно, а сваи не обеспечивают необходимой
несущей
способности
а также при строительстве тяжелых и чувствительных к неравномерным
осадкам сооружений (массивные кузнечные молоты, крупные прессы, зданий и
насосных станций и водозаборов, опоры мостов, заглубленные и подземные
сооружения – гаражи, склады, емкости, глубокие колодцы и т.п.) стремятся
передавать нагрузки на скальные или полускальные основания, т.е.
малосжимаемые грунты. В ряде случаев при этом приходится прорезать
значительную (несколько десятков метров) толщу слабых водонасыщенных
грунтов.
Для этого прибегают к устройству фундаменты глубинного заложения.
Их разделяют на следующие виды:
- Опускные колодцы;
- Кессоны;
Способ «стена в грунте» предназначен для устройства фундаментов и заглубленных в грунт сооружений различного назначения. Способ заключается в
том, что сначала по контуру будущего сооружения в грунте отрывается узкая
глубокая траншея, которая затем заполняется бетонной смесью или сборными
железобетонными элементами. Возведенная таким образом стена может
служить конструктивным элементом фундамента, ограждением котлована или
стеной заглубленного помещения.
Данный способ используется при возведении фундаментов под тяжелые
здания и сооружения, подземных частей и конструкций промышленных и
гражданских зданий, строительстве подземных гаражей, переходов и развязок
на
88
автомобильных дорогах водопроводно канализационных инженерных
сооружений, устройств пртивофильтрационных завес.
- Тонкостенные оболочки;
- Буровые опоры и фундаменты, возводимые методом «Стена в грунте»
Способ особенно эффективен при заглублении стен в водоупорные
грунты, что позволяет полностью отказаться от водоотлива или глубинного
водопонижения, а также от выполнения таких строительных работ, как забивка
шпунта, замораживание и т. п. для крепления стен глубоких котлованов.
Материалом для изготовления стен в грунте служат бетон, железобетон, грунт,
цементно-глинопесчаные растворы, битумные смеси и т. п., в зависимости от ее
назначения и характера работы сооружения.
Формы стен в грунте и их размеры определяются назначением (рис. 5.65)
и, кроме того, применяемым при изготовлении стен в грунте оборудованием и
способом их устройства.
В практике строительства наиболее распространены два типа
конструкций стен в грунте - свайные, образованные секущимися буронабивными сваями, и траншейные.
Толщина свайных опор составляет 0.5;2.0 м, а глубина может достигать
80 м. Толщина же траншейных стен может быть 0,2;1 м, а глубина их редко
превышает 15.20 м.
При изготовлении свайных стен под защитой обсадных труб
изготовляются две буронабивные сваи с расстоянием между ними в свету менее
одного диаметра сваи. После этого бурится скважина между ними, захватывая
часть сечения уже изготовленных свай, причем бурение для упрощения
производства работ ведется по свежее схватившемуся бетону. После окончания
бурения скважина бетонируется, завершая изготовление участка стены. При
необходимости сваи в стене могут быть армированы металлическим каркасом.
Обычно образование и заполнение выемки с сохранением при этом вертикальности и целостности стенок обеспечивается применением тиксотропных
глинистых растворов.
Рисунок 5.65. - Конструкция бетонно-свайных и траншейных
противофильтрационных завес: а - отдельная скважина - свая; б прямолинейная стенка
89
Рисунок 5.66. - Схема устройства свайных стенок:
1 — буровой станок; 2 - штанга; 3 - долото; 4 - насос; 5 - вибрационное
сито;
6 - направляющая труба; 7 - выбуренная порода;
I - скважины первой очереди; II - скважины второй очереди.
Обеспечение устойчивости стен котлована
Если строительные работы ведутся не в стесненных условиях, то
наиболее экономичным является придание бортам котлована таких углов
откоса, при которых обеспечивается их устойчивость без специального
крепления. При глубине котлована до 5 м наибольшая допустимая крутизна
откосов может быть принята по таблице 66; при большей глубине определяется расчетом.
Если ширина котлована равна глубине и на его бровках отсутствует
нагрузка, то его стенки допускается оставлять вертикальными
Шпунтовые крепления устраивают в тех случаях, когда уровень подземных и поверхностных вод расположен выше дна котлована. Такое крепление
состоит из основных вертикальных элементов - шпунтин, системы обвязок,
распорок или анкеров, придающих всему креплению надлежащую прочность и
устойчивость.
Шпунтовое ограждение служит не только для удержания стен котлована
в вертикальном положении на период производства работ, но и препятствует
попаданию грунтовой воды в котлован. Для этого поперечному сечению шпунтин придают специальную форму, обеспечивающую их плотное соединение, и
заглубляют шпунт ниже дна котлована (рис.5.2). Из рис. 5.2.1 видно, что шпунтовая стенка может не перекрывать (а) или перекрывать (б) водоносный слой,
90
быть свободностоящей (а) или с распорками (в) и анкерами (д), на всю глубину
котлована (а) или только на его нижнюю часть (г).
По материалу шпунтовые стенки бывают деревянные (рис. 5.58, а), металлические (плоские - ШП, корытные - ШК, зетовые - ШД, типа Ларсена - Л)
(рис. 5.69, б) и железобетонные. Общий вид металлических шпунтовых стенок
показан на рис. 5.69, в.
Деревянные шпунтовые стенки устраивают обычно при глубине
котлована не более 5 м. Такой вид ограждения применим только в грунтах,
обладающих невысокой прочностью, при отсутствии в них камней. Очень
проблемно устройство деревянных шпунтовых ограждений в гравелистых и
галечниковых грунтах, плотных глинистых и других грунтах твердой
консистенции. Главным недостатком деревянного шпунта является
затруднительность его многократного использования.
.
В связных устойчивых грунтах обычно рекомендуется использовать
закладные крепления, которые могут изготовляться полностью из дерева или с
применением металлических двутавровых балок.
При ширине котлованов до 3 м и небольшой их глубине можно обойтись
без постановки стоек по короткой стороне котлована..
Если ширина котлована не превышает 6 м, стойки короткой стороны
можно удерживать подкосами .
При более широких котлованах нужно применять распорки,
поставленные в обоих направлениях. При использовании свободно стоящих
креплений из металлических двутавровых балок предварительно по периметру
котлована забивают двутавровые балки и по мере разработки котлована
устанавливают доски. При большой глубине котлована устанавливают один и
реже несколько ярусов распорок.
Следует отметить, что сегодня на практике вместо досок широко используют металлические и железобетонные элементы, так называемые забирки.
Иногда крепления устраивают не распорное, а анкерованное.
В этом креплении стойки состоят из двух швеллеров и крепятся к грунтовому массиву анкерами, а вместо закладных забирок используют торкретбетон.
Если между стойками навесить арматурную сетку и нанести торкретбетон по
ней, то наносимый слой можно сделать не вогнутым, а плоским.
91
Рисунок :5.67. - Закладное крепление:
а - распорное; б - анкерованное; 1 - двутавр; 2 - забирка; 3 - распорка; 4 швеллеры; 5 - торкрет-бетон; 6 - анкер
92
В грунтах, способных держать вертикальные откосы, закладные крепления устанавливают сразу же после отрывки котлована на полную глубину. В
малоустойчивых грунтах крепления монтируют по мере отрывки котлована в
несколько приемов. В последнем случае по достижении проектной глубины
Рисунок 5.68.- Распорные крепления котлована (а) и их общий вид
(б):
1 - щит; 2 - инвентарная распорка
93
Рисунок 5.69. - Различные случаи устройства шпунтовых ограждений
котлованов:
1 - шпунт; 2 - обвязка; 3 - распорка; 4 - анкерная тяга;
5 - анкерная свая или стенка; 6 – водоупор
Металлический шпунт применяют для ограждения глубоких котлованов в
труднопроходимых грунтах. Однако такой вид крепления применим, в
основном, для нешироких котлованов и траншей
94
Рисунок 5.69. - Общие виды шпунтовых элементов (а, б) и металлических
шпунтовых стенок (в)
В зависимости от профиля шпунта стенки могут быть плоскими и
криволинейными. Основные марки шпунта, представленные на строительном
рынке - «Ларсен» и «Арселар».
Соединения металлических шпунтов обеспечивают его меньшую
водопроницаемость по сравнению с деревянным. Замки плоского
металлического шпунта способны выдерживать значительные растягивающие
усилия. Из металлического шпунта можно устраивать ограждения, имеющие
криволинейные очертания в плане, так как соединения позволяют взаимно
поворачивать шпунтовые сваи до 10°.
Погружают металлический шпунт с целью сохранения его проектного положения в направляющих, при этом шпунт забивают молотами или погружают
95
с помощью вибропогружателей. Они могут использоваться многократно, так
как обладают высокой прочностью.
Железобетонный шпунт для ограждения временных котлованов
используют редко. Его применяют обычно в тех случаях, когда он служит
составной частью постоянного сооружения.
Преимуществами свободно стоящих креплений являются простота
устройства и то, что они не мешают производству работ внутри и вне котлована. При этом не ограничиваются размеры котлована в плане. Недостаток
таких ограждений заключается в повышенном расходе металла стоек или
шпунта.
Если глубина котлована большая или площадка сложена слабыми
грунтами, возникает необходимость в раскреплении ограждающих конструкций
котлованов. Наиболее экономичный способ раскрепления - устройство берм.
Берма - специально оставленная неразработанная часть грунта, увеличивающая пассивное давление отпора со стороны котлована (рис. 5.4, а).
Вторым способом устройства консольного ограждения котлована без
элементов раскрепления являются разгрузочные траншеи, уменьшающие активное давление грунта на ограждение (рис. 5.4, б).
Рисунок 5.70. а б - Схемы устройства консольного ограждения
котлована путем устройства внутри котлована удерживающих грунтовых
берм (а) и разгрузочных траншей (б):
1 - дно котлована; 2 - берма; 3 - ограждение котлована;
4 - разгрузочная траншея; 5 - шпунтовое ограждение
Для свободно стоящих закладных креплений с металлическими стойками
наибольшая глубина котлованов обычно ограничивается 4 м. Эту глубину можно увеличить применением широкополочных двутавров.
С постановкой распорок или анкеров и с увеличением количества их ярусов уменьшаются сечение шпунта или стойки и глубина забивки, а, следовательно, снижается и стоимость этих элементов. Но при этом требуются дополнительные затраты и возрастает расход металла на устройство распорок или
анкеров. Поэтому вопрос о количестве ярусов распорок (анкеров) должен,
окончательно решаться путем сравнения технико-экономических показателей
нескольких вариантов ограждения с различным числом ярусов распорок. Также
должно выбираться и оптимальное по высоте ограждения положение распорок
или анкеров.
96
Анкеры - временные или постоянные конструкции, предназначенные для
восприятия выдергивающих и срезающих усилий, передающихся от ограждения котлованов.
При выборе системы крепления - распорного или анкерного - необходимо
учитывать, что распорные крепления применимы для нешироких котлованов
(обычно шириной до 8...10 м), так как с увеличением ширины котлована
осложняется устройство распорных конструкций и возрастает их стоимость.
Для широких котлованов, а также в тех случаях, когда распорки мешают работам в котловане, устраивают крепления с анкерными сваями, стенками или
плитами. При затруднении в устройстве анкерных стен и плит могут быть использованы инъекционные анкеры, которые находят широкое применение для
крепления ограждений глубоких котлованов, сооружаемых способом «стена в
грунте».
Отметим, что наиболее широко на практике используются два типа грунтовых анкеров: траншейный и инъекционный
(рис. 5.71).
Простейший анкер траншейного типа состоит из анкерного блока,
воспринимающего горизонтальную нагрузку, и тяги из стального стержня или
троса. Анкеры траншейного типа применяются для крепления шпунтовых и
подпорных стен небольшой высоты.
Для крепления высоких стен, в том числе и с несколькими ярусами анкерного крепления, обычно используют инъекционные анкеры. Скважины для анкеров пробуриваются или пробиваются ударными механизмами. При устройстве инъекционного анкера (рис. 5.72.) после погружения в скважину несущего
элемента придонная часть скважины перекрывается пробкой и туда по центральному каналу в тяге или по отдельной трубке под давлением 1...2,5 МПа
подается цементный раствор. В результате в донной части скважины образуется уширение (корень анкера), а остальная часть скважины заполняется песком
или цементно-песчаной смесью. Применяется и иной вариант: после введения
несущего элемента вся скважина заполняется цементно-песчаной смесью, после
схватывания которой в корневую часть скважины подается под давлением цементный раствор.
97
Вопросы для самоконтроля
1.С какой целью используют фундаменты «стена в грунте»?
2.В чем особенности разработки траншей для стен в грунте?
3.Какое назначение опорных жидкостей?
4.Что такое тампонажные растворы?
5.Как использовать «стены в грунте» в качестве фундаментов?
6.Для каких надфундаментных конструкций они могут применятся?
7.Как определить одностороннее давление грунта на стену?
8.Как влияет высокий уровень грунтовых вод?
9.Как использовать сваи для создания непрерывных стен в грунте
10.Какое назначение у анкера?
5.2 Опускные колодцы
.
Опускные колодцы представляют собой замкнутую в плане и открытую
сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из
сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием
собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта
внутри неё (рис.5.73 и 5.74.).
Рис.5.73. Последовательность устройства опускного колодца:
а – изготовление первого яруса опускного колодца на поверхности
грунта; б – погружение первого яруса опускного колодца в грунт; в –
наращивание оболочки колодца; г – погружение колодца до проектной
отметки; д – заполнение бетоном полости опускного колодца в случае
использования его как фундамента глубокого заложения
98
Рис.5.74. Формы сечений опускных колодцев в плане:
а – круглая; б – квадратная; в – прямоугольная; г – прямоугольная с
поперечными перегородками; д – с закругленными торцевыми стенками.
Материалом для опускных колодцев, в основном, является бетон и
железобетон. Погружение опускного колодца осуществляется, как правило, под
действием собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки грунта внутри него. Такие конструкции используются в промышленно-гражданском строительстве на объектах инженерно-транспортной инфраструктуры для фундаментов зданий и сооружений с вертикальной нагрузкой на
опору от 10 МН и выше, горизонтальной - более 0,5 МН; подземных гаражей;
пересадочных станций метрополитенов; насосных станций водозаборов и канализации.
Опускные колодцы применяются для устройства подземной части горнообогатительных фабрик, вагоноопрокидывателей, установок непрерывной разливки стали для классов геотехнического риска строительства Б, Н, У и др.
Опускные колодцы могут бетонироваться или собираться из сборных элементов на поверхности грунта и погружаться действием собственного веса или
дополнительной пригрузки.
•
Форма колодца в плане определяется конфигурацией проектируемого
сооружения См. рис.5.74.
Наиболее рациональной является круглая форма, т.к. стенка круглого
колодца работает только на сжатие, и при заданной площади основания
обладает наименьшим наружным периметром, что уменьшает силы трения по
их боковой поверхности, возникающие при погружении. Плоские же стенки
опускных колодцев в основном будут работать на изгиб (что далеко не
выгодно), но с другой стороны прямоугольная и квадратная форма позволяет
более рационально использовать площадь внутреннего помещения.
•
В любом случае очертание колодца должно быть в плане симметричным, т.к.
всякая асимметрия осложняет его погружение (прекосы, отклонения).
•
Конструкционные материалы для опускных колодцев:
- дерево;
- каменная или кирпичная кладка;
- металл;
- бетон
99
- ж/б- наиболее распространен:
1.Монолитные (только когда форма колодца в плане имеет
сложное очертание, нет возможности изготовления сборных элементов, при
проходке скальных грунтов и грунтов с большим числом валунов).
2.Сборные (наибольшее предпочтение)
Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения стен
колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или
цилиндрически уступчатую форму, с использованием тиксотропной суспензии.
Оболочка опускного колодца из монолитного ж/б состоит из двух основных
частей : 1 – ножевой; 2 – собственно оболочки.
Конструктивные решения опускного колодца. См. рис. 5.75.
Рис.5.75. Форма вертикальных сечений монолитных опускных колодцев:
а – цилиндрическая; б – коническая; в – цилиндрическая ступенчатая; 1 –
ножевая часть опускного колодца; 2 – оболочка опускного колодца; 3 –
арматура ножа колодца
•
Ножевая часть шире стены оболочки на 100…150мм со стороны грунта.
•
Толщина стен монолитных колодцев определяется из условия создания веса,
необходимого для преодоления сил трения.
•
Бетон должен быть прочным, плотным (вес) и иметь высокую
водонепроницаемость – В35.
•
Монолитные ж/б колодцы изготавливают непосредственно над местом их
погружения на специально изготовленной выровненной площадке. При hк>10м
его бетонирование ведется отдельными ярусами, последовательно. К
опусканию преступают только после набором бетоном 100% прочности, что
непроизводительно (потеря времени).
•
К недостаткам монолитных ж/б опускных колодцев также следует отнести:
100
прочности;
- большой расход материалов, не оправданный требованиями
- значительная трудоемкость, за счет их изготовления полностью на
строительной площадке;
•
Преимущества монолитных колодцев:
- простота изготовления;
- возможность придания им любой формы;
- отсутствие (как правило) опасности всплытия
•
Из сборных опускных колодцев наибольшее распространение
получили:
- колодцы из пустотелых прямоугольных элементов (рис.5.4)
Рис.5.76. Сборный опускной колодец из пустотелых прямоугольных
блоков:
1 – блоки; 2 – форшахта; 3 – монолитный железобетонный пояс; 4 –
нож из монолитного железобетона.
– из плоских вертикальных панелей (клепок) (рис.5.5)
Рис.5.77. Сборный опускной колодец из вертикальных панелей:1 – панели;
2 – форшахта;
•
Колодцы из пустотелых прямоугольных элементов выполняют с
монолитной ножевой частью, на которой монтируется оболочка из сборных
двухпустотных блоков (рис.5.4), без перевязки швов (один на другой). Блоки
скрепляются между собой только в вертикальных швах. В результате
101
образуются вертикальные пустоты в блоках на всю высоту колодца,
заполняемые в последствии бетоном. Если колодец разбит по высоте, то в
верхней части каждого яруса опускания устраивают монолитный пояс.
102
Рис.5.78. Схема
расположения пустот в блоках
опускного колодца
Наличие в блоках сквозных пустот позволяет регулировать вес колодца
при его опускании или для выравнивания при перекосах (заполнение пустот
тяжелыми материалами, что также при необходимости удерживает колодец от
всплытия).
•
Каждая из плоских вертикальных панелей (клепок) представляет
собой элемент стены колодца на всю его высоту (рис.5.5). Между собой панели
соединяются с помощью петлевых стыков или накладками на сварке.
•
При необходимости возведения такого опускного колодца
большей высоты стены его наращивают такими же панелями, но уже без
ножевой части. При этом в горизонтальном стыке панели верхнего и нижнего
яруса соединяют сваркой закладных деталей.
•
При высоком уровне УГВ в слабых грунтах и откачке воды
изнутри колодца вода проникает внутрь колодца, вызывая механическую
суффозию (вымывание и перемещение частиц грунта). Вокруг колодца
образуется грунт с нарушенной структурой, поверхность грунта может
опускаться, вызывая деформации соседних зданий. Альтернатива данному
способу - погружение колодца без откачки воды.
воронка
осадки грунта
WL
WL
движение воды (суффозия)
Рис.5.79. Схема
(суффозии) при выемке грунта из опускного колодца
движения
воды
103
•
Открытый водоотлив применяют в устойчивых грунтах с
относительно малым Кф.
Рис.5.80. Разработка грунта в опускном колодце:
а – насухо с помощью экскаватора; б – под водой с помощью грейфера; 1
– колодец; 2 – башенный кран; 3 – экскаватор; 4 – кран-экскаватор; 5 –
грейфер
Эти две схемы погружения колодцев называются:
1.Насухо (при отсутствии подземных вод или с применением
открытого водоотлива или водопонижения).
2. С разработкой грунта под водой.
104
•
Выбор способа разработки грунта зависит от размеров колодца,
геологических условий строительной площадки и местных условий
строительства. Так, например, грейферы применяют для разработки рыхлых
песков, легких супесей, галечников и т.д.
•
Глубина разработки грунта на одну «Посадку» колодца
принимается равной 1,5…2,0м при использовании экскаваторов и бульдозеров
и не более 0,5м при применении средств гидромеханизации.
•
Разработка грунта под водой осуществляется преимущественно
экскаваторами, оборудованными грейфером (рис.5.80.б). В случае очень слабых
грунтов (плывуны), чтобы предотвратить их наплыв из-под ножа,
рекомендуется поднимать уровень воды в колодце на 1…3м выше УГВ,
накачивая в него воду.
•
Недостатком «под водой» является:
- сложность контроля процесса откопки;
- трудность удаления крупных включений.
5.3. Расчет опускных колодцев
•
Основным является расчет не на эксплуатационные, а на
строительные нагрузки, т.к. во время их изготовления и погружения последние
оказываются в более напряженном состоянии, чем при эксплуатации.
•
Расчет на строительные нагрузки включает:
- расчет на погружение;
- расчет стен на разрыв;
- расчет ножевой части колодца;
- расчет стен колодца на боковое давление грунта;
- расчет прочности стен на изгиб в вертикальной плоскости;
- расчет на всплытие.
На колодец при погружении его в грунт действуют следующие основные
нагрузки : собственный вес колодца С; пригрузка колодца при погружении ^;
горизонтальное давление грунта на стенки колодца р%; гидростатическое
давление воды на стенки колодца, если он погружается ниже уровня подземных
вод р»; силы трения грунта по боковой поверхности колодца Т; реактивное
давление грунта под подошвой ножа .
Внутренние размеры опускных колодцев, в плане, должны быть больше
размеров, необходимых для размещения оборудования и устройства проходов
на величину Д1, определяемую по формуле:
Л1 = О,О1Но+О,2,
где Но - внутренняя глубина колодца, м. Наружные размеры колодцев, в
плане, поверху определяют по формуле
Л2 = 0,01Н+0,1, где Н» -глубина погружения колодца, м.
105
Рис.5.81. Схема нагрузок, действующих на опускной колодец во время его
погружения
Методики этих расчетов приведены в специальной литературе. Ниже, в
качестве примера, рассмотрим только основные положения расчетов опускных
колодцев на погружение, разрыв и всплытие.
Расчет на всплытие. При погружении колодца в водонасыщенные грунты после устройства днища на его подошву будет действовать гидростатическое давление воды, направленное снизу вверх. От всплытия колодец будут
удерживать его вес и силы трения по наружной поверхности. Колодец не
всплывет, если будет выполняться условие:
(0,9G + 0,5T ) /( Aw ⋅ H w ⋅ γ w ) ≥ γ em
Где Aw - площадь колодца по внешнему периметру ножа;
H w - высота столба воды (расстояние от УГВ до низа ножа);
γ em >1,2 – коэффициент надежности на всплытие.
106
Рис.5.82- Схема опускного колодца:
. Если это условие не выполняется необходимо предусмотреть
устройство анкерных креплений или увеличить вес колодца.
а - габарит сооружения, опирающегося на колодец; Д и А дополнительные размеры, (штрихпунктирными линиями обозначены контуры
помещения для размещения технологического оборудования.
1
2
5.4. Расчет на погружение и разрыв
Погружение колодца обеспечивается при соблюдении условия:
(G + Q)
= γ pl
(T + F )
Где T – полная расчетная сила трения грунта по боковой поверхности
колодца;
F – сила расчетного сопротивления грунта под ножом колодца;
γ pl - коэффициент надежности погружения, принимается γ pl = 1,15
При погружении колодца в тиксотропной рубашке сила трения
учитывается только в ножевой части.
При зависании верхней части колодца в стенах колодца возникают
растягивающие напряжения (сила N), которые могут привести к отрыву его
107
нижней части. Такая вероятность может возникнуть у глубоких колодцев
(H>15м).
Расчетная нормальная сила определяется из условия:
N = γ pl ⋅ T1 - если высота верхнего, более плотного, слоя меньше
половины глубины погружения. Здесь T1 - расчетная сила трения стен колодца
по прочному грунту.
N = G − T1 - при высоте более плотного верхнего слоя более половины
проектной глубины погружения.
G – суммарный вес оболочки колодца и днища, кН.
Для обеспечения прочности колодца на возможный разрыв вертикальное
армирование стен проектируется исходя из определенной т.о. силы N/
5.5. Расчет на всплытие
После полного погружения колодца в водонасыщенные грунты и
устройства днища, на его подошву будет действовать гидростатическое
давление воды, направленное снизу верх. От всплытия его будут удерживать
собственный вес и наружные силы трения по наружной поверхности.
- Колодец не всплывет, если будет выполняться условие:
(0,9G + 0,5T ) /( Aw ⋅ H w ⋅ γ w ) ≥ γ em
Где Aw - площадь колодца по внешнему периметру ножа;
H w - высота столба воды (расстояние от УГВ до низа ножа);
γ em >1,2 – коэффициент надежности на всплытие.
Если это условие не выполняется необходимо предусмотреть
устройство анкерных креплений или увеличить вес колодца.
5.6. Вопросы для самоконтроля
1. В каких случаях целесообразно применение ФГЗ (фундамент глубокого
заложения)?
2. Назовите виды ФГЗ.
3. Как осуществляется расчет опускных колодцев?
4. Смысл расчёта на всплытие колодца.
5.Опишите конструкцию опускного колодца, их варианты.
108
Тема №6
Свайные фундаменты.
План лекции:
6.1. Свайные фундаменты. Основные положения и классификация.
6.2. Способы погружения готовых свай в грунт.
6.2.1. Забивные сваи.
6.2.2. Вибропогружение.
6.2.3. Вдавливание и ввинчивание
6.3. Сваи, изготовляемые в грунте (на месте): буровые, набивные,
буронабивные сваи.
6.3.1. Сваи без оболочки.
6.3.2. Сваи с извлекаемой оболочкой.
6.3.3. Сваи с не извлекаемой оболочкой.
6.4. Вопросы для самоконтроля.
6.1. Свайные фундаменты. Основные положения и классификация
Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в
грунте стержень в вертикальном или наклонном положении, предназначенный
для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания за счёт лобового
сопротивления и трения грунта по боковой поверхности. Отдельные сваи или
группы свай, объединенные поверх распределительной плитой или балкой,
образуют свайный фундамент. Свайный фундамент состоит из свай - стержней,
выполняемых из различных материалов, и ростверка - железобетонной плиты,
балки распределяющей усилия от надземных конструкций на отдельные сваи.
По характеру статической работы сваи подразделяются на стойки и
висячие сваи.
Свая-стойка опирается острием на скальный или малосжимаемый грунт
(забивные сваи). Для висячих свай при их загрузке характерно развитие как
реактивных сил по острию, так и сил трения по боковой поверхности.
Классификация свай по материалу : в качестве материала для свай
используют
железобетон,
бетон,
металл
и
дерево,
а
иногда
комбинации.Учитывая неблагоприятные условия воздействия температурновлажностного режима грунтовой среды на сваи, к материалам свайпредъявляют
повышенные требования. Металлические сваи обладают повышенной
прочностью материала, и для таких свай основной проблемой является их
коррозийная устойчивость. При использовании металлических свай для
капитальных сооружений необходимо предусматривать антикоррозионное их
покрытие или использование легированных сталей.
109
Рис5.83.комбинированный
фундамент1,2,3,5-свая,;4-монолитный
ростверк
Деревянные сваи раньше широко применялись в строительстве. В
качестве материала использовались хвойные смолистые породы деревьев
(лиственница, сосна, ель). Они пропитывались антисептическими материалами
для предохранения от загнивания. Методы погружения свай Забивка является
наиболее распространенным и дешевым способом погружения свай. Она
возможна в любые грунты, за исключением песков плотных и иногда средней
плотности, крупнообломочных грунтов.
Вибропогружение целесообразно применять при наличии толщи
насыщенных
водой
песков.
Для
погружения
свай
используют
вибропогружатели и вибромолоты. При действии вибратора создаваемые им
колебания передаются грунту через погружаемую сваю.
Вдавливание применяют там, где для их погружения нельзя использовать
динамические воздействия (ударные воздействия молота, вибропогружение).
Такие условия возникают при устройстве свайных фундаментов вблизи
существующих зданий в условиях плотной городской
застройки. Завинчивание выполнимо только для металлических свай,
снабженных лопастью у острия и специального наконечника для захвата
кабестаном. В обычных грунтовых условиях погружение свай с высокою
скоростью и минимальным отклонением от проектного положения.
Конструкция фундамента определяется инженерно-геологическими и
климатическими условиями площадки строительства, типом сооружения,
нагрузками и различными воздействиями (деформационными, агрессивными и
др.), возможностями строительной организации и другими менее
существенными факторами.
В тех случаях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов,
которые не могут служить основанием для фундаментов мелкого заложения
проектируемого сооружения, возникает необходимость передачи нагрузки на
более плотные слои, расположенные на глубине. В подобных ситуациях чаще
всего прибегают к устройству свайного фундамента. Работы по устройству
110
свайных фундаментов осуществляются в следующей последовательности:
геодезическая разбивка основных осей сооружения, разбивка котлованов до отметок подошвы ростверка;
-геодезическая разбивка осей свайных рядов и каждой сваи;
погружение свай, определение её несущей способности, сдачаприемка забитых свай;
обработка голов свай, подготовка оснований под ростверки и
устройство ростверков, сдача и приемка ростверков.
Отдельные сваи или группы свай, объединенные поверх
распределительной плитой или балкой, образуют свайный фундамент.
Отклонение свай от вертикали не должно превышать: для забивных свай - 2%,
для буронабивных -1%. Число свай с предельно допустимыми отклонениями не
должно превышать 25% от общего числа свай ленточных фундаментов.
Возможность использования свай, забитых с отклонениями, превышающими
допустимые
величины,
решается
проектной
организацией.
Распределительные плиты или балки, объединяющие головы свай,
выполняются, как правило, из железобетона и называются ростверками.
Ростверк воспринимает, распределяет и передает на сваи нагрузку от
расположенного выше сооружения. После возведения свайного фундамента
составляется акт его сдачи и приемки с представлением всех необходимых
документов (данные инженерно-геологических изысканий, проект свайных
фундаментов, исполнительная съемка забитых свай, журнал забивки свай, акты
приемки материалов и свай, данные испытаний свай). Для погружения свай до
проектных отметок необходимо правильно подобрать молот. Вес ударной части
молота должен превышать вес сваи в 1,2. 1,5 раза в зависимости от плотности
грунтов.
Рис. 5.84. Типы свайных и подобных им фундаментов:
а — ленточный ростверк; б — столбчатый ростверк; в, г — плитно-свайные; д — из
забивных блоков; е — из набивных свай; ж — шлицевые; 1 — фундамент; 2 — забивные сваи; 3 —
забивные блоки; 4 — набивные сваи с уширением; 5-шлицевые фундаменты (стена в грунте).
-
-
Если ростверк заглублен в грунт или его подошва расположена непосредственно на
поверхности грунта, то его называют низким ростверком, если подошва ростверка расположена выше
-
111
поверхности грунта – это высокий свайный ростверк (рис. 6.1). Наиболее часто применяют низкий
ростверк, высокий ростверк устраивают в опорах мостов, набережных, пирсов и т.п.
Рис. 5.85. Типы свайных ростверков:
а, б – низкий; в – высокий
Свая, находящаяся в грунте, может передавать нагрузку от сооружения либо через
нижний конец (пята), либо совместно с боковой поверхностью сваи за счет трения последней об
грунт.
В зависимости от этого, по характеру передачи нагрузки на грунт сваи
подразделяются на
а) сваи-стойки
б) висячие сваи (сваи трения)
N
малосжимаемый
грунт
скальный грунт
a)
б)
N
Rf
Rs
Rs
Рис.5.86. Схемы передачи нагрузки сваями на грунты основания:
а – сваи-стойки ; б – висячие сваи
К сваям-стойкам относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и
опирающиеся на практически несжимаемые или малосжимаемые грунты
(крупнообломочные грунты с песчаным наполнителем, глины твердой
консистенции). Такие сваи практически всю нагрузку передают через нижний
112
конец, т.к. при их малых вертикальных перемещениях не возникают условия
для возникновения сил трения на ее боковой поверхности.
Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, ее несущая
способность определяется или прочностью материала сваи, или
сопротивлением грунта под ее нижним концом:
Fd = Rs
К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты.
Под действием продольной силы (N) свая получает перемещение (дает осадку),
достаточное для возникновения сил трения между боковой поверхностью сваи
и грунтом. В результате нагрузка на основание передается как боковой
поверхностью, так и нижним концом сваи. Несущая способность такой сваи
определяется суммой сопротивления сил трения по ее боковой поверхности и
грунта под острием:
Fd = R f + Rs
По условиям изготовления сваи делятся на две группы:
•
сваи, изготовляемые заранее на заводах или полигоне
(предварительно изготовляемые) и затем погружаемые в грунт;
•
сваи, изготовляемые на месте, в грунте.
По расположению свай в плане различают следующие виды свайных
фундаментов:
1)
одиночные сваи применяют под легкие сооружения в качестве опор
(теплицы, склады), когда несущей способности одной сваи достаточно для
передачи нагрузки на грунт.
колонна
ростверк
одиночная
свая
сваяколонна
Рис.5.87. Схемы одиночной сваи и сваи-колонны
Сложность: необходимо точно забить (погрузить), отклонение от оси в
плане у одиночных свай ±5 см, от вертикальной оси не более 5º.
113
5°
+5см
Рис.5.88. Схема максимальных допустимых горизонтальных
вертикальных отклонений при погружении одиночной сваи
и
1)
группы свай (свайный куст), устраивают под колонны или
отдельные опоры конструкций, передающие значительные вертикальные
нагрузки (рис. 5.89.а).
Рис.5.89. Виды ростверков свайных фундаментов:
а – свайный куст; б – ленточный; в – сплошное свайное поле
114
Рис.5.90. Расположение свай в кусте
2)
ленточные свайные фундаменты устраивают под стены зданий и
другие протяженные конструкции. Сваи в таком фундаменте располагаются в
один или несколько слоев (рис. 5.90 .).
3)
сплошные свайные поля устраивают под тяжелые сооружения
башенного типа, имеющие ограниченные размеры в плане. Сваи располагаются
в определенном порядке под всем сооружением (рис. 5.90.).
В зависимости от материала предварительно изготовленные сваи
подразделяются на:
•
деревянные (условия эксплуатации – ниже уровня подземных вод).
Простейшая деревянная свая представляет собой бревно с заостренным нижним
концом. На верхний конец бревна надевают бугель (стальное кольцо), который
защищает сваю от размочаливания оголовка во время забивки. На заостренном
конце при погружении сваи в грунты с твердыми включениями закрепляют
стальной башмак.
•
Достоинства этого вида свай – простота изготовления и небольшой
вес. Недостатки – малая несущая способность, трудность погружения в
плотные грунты, опасность гниения в условиях переменной влажности.
Деревянные сваи имеют ограниченное применение.
4)
Рис.5.91. схема деревянной сваи
115
башмак
деревянная
свая
бугель
•
стальные изготавливают из стандартных стальных труб d=0,2…0,8
м, используют также двутавровые балки, швеллеры и другие прокатные
профили.
Рис.5.92. поперечные сечения стальных свай
Если после погружения в грунт стальная трубчатая свая заполняется
бетоном, ее называют трубобетонной. Достоинство этого вида свай –
возможность наращивания сваркой по мере погружения в грунт. Недостатки –
подверженность коррозии (для защиты поверхность труб покрывают битумом
или эпоксидными смолами).
Стальные сваи рекомендуется применять в сложных для забивки
грунтовых условиях (включения валунов, гальки и т.п.), часть их применяют в
качестве ограждения котлованов.
железобетонные сваи (получили наибольшее распространение в практике
строительства).
Их подразделяют:
- по форме поперечного сечения – рис 5.92. (а, б, в – типовые)
- по форме продольного сечения – рис 5.94.
по способу армирования на сваи:
1) с ненапрягаемой арматурой и с предварительно напряженной
продольной арматурой
2) с поперечным армированием и без него
- по конструктивным особенностям – на сваи цельные и составные.
а)
г)
б)
д)
в)
ж)
е)
Рис.5.93. Сечения железобетонных свай:
116
а – квадратной; б – квадратной с круглой полостью; в – полое
цилиндрическое сечение; г – прямоугольной; д – тавровой; е – двутавровой; ж
– швеллерной
Рис.5.94. Железобетонные сваи различного профиля:
а – призматические; б – цилиндрические; в – пирамидальные; г –
трапецеидальные; д – ромбовидные; е – с уширенной пятой (булавовидные)
Рис.:5.95. Конструкция железобетонных свай:
а – призматическая с поперечным армированием ствола; б – то же, без
поперечного армирования ствола; в – то же, с круглой полостью; г – полая
круглая; 1 – строповочная петля; 2 – арматурные сетки головы; 3 –
продольная арматура; 4 – спираль острия; 5 – поперечная спиральная
арматура
•
комбинированные сваи – составные по длине из двух различных
материалов. Чаще всего это комбинация деревянной части, которая помещается
ниже уровня подземных вод, с бетонной или железобетонной частью.
а)
б)
в)
г)
д)
117
Рис.5.96. Способы погружения свай:
а – забивка; б – вибропогружение; в – задавливание; г – завинчивание; д –
погружение в лидер (в очень плотных грунтах, промерзших грунтах); 1 –
молот; 2 – металлический оголовок; 3 – деревянная или резиновая
прокладка(для смягчения удара)
6.2.1. Забивные сваи
При забивке свай в обезвоженные плотные песчаные и супесчаные
грунты для повышения производительности забивки осуществляется подмыв.
За счет подачи воды (под большим напором) под нижний конец сваи, грунт
размывается, что значительно уменьшает сопротивление.
поп
обрубают
Рис.6.97. Забивка сваи механическим молотом:
1 – мачта копра; 2 – подвесной молот; 3 – металлический наголовник; 4
– свая
6.2.2. Вибропогружение
Вибропогружение сваи наиболее эффективно при насыщенных водой
песках. В этом случае вертикальные колебания, создаваемые вибратором,
передаются сваей грунту, который разжижается, что приводит к резкому
уменьшению сил трения по боковой поверхности и она легко погружается в
грунт. После прекращения вибрирования структура грунта быстро
восстанавливается и трение по боковой поверхности сваи увеличивается.
6.2.3. Вдавливание и ввинчивание
Вдавливание свай осуществляется с помощью мощных гидродомкратов и
применяется тогда, когда нельзя использовать забивку или вибропогружение
(вблизи существующих зданий), также применяется при усилении
существующих фундаментов.
Ввинчивание свай, снабженных на конце винтовыми лопастями
118
(винтовые сваи), осуществляется особыми механизмами, называемыми
кабестанами. Винтовые сваи состоят из металлической трубы и винтовой
металлической лопасти. Обеспечивающей погружение сваи вращением.
Достоинство их отсутствие земляных работ, водопонижения, динамических и
вибрационных воздействий на здания окружающей застройки. конструкция
винта определяется характером грунтов.
Рис. 6.98.
Ввинчивание свай по сравнению с фмз не требует при устройстве рытьё
котлована.
6.3. Сваи, изготовляемые в грунте (на месте): буровые, набивные,
буронабивные сваи
Набивные сваи изготовляют непосредственно на строительной площадке
размером поперечного сечения до 1,2 м включительно, длиной до 50 м. Их
подразделяют:
по форме поперечного сечения — круглые сплошные и кольцевые;
по форме продольного сечения — цилиндрические, гофрированные,
конические, пирамидальные;
по способу образования скважин (рис. 6.98.);
по способу устройства:
набивные виброштампованные, безоболочковые, устраиваемые в
пробитых скважинах путем заполнения скважин жесткой бетонной смесью,
уплотняемой виброштампом в виде трубы с заостренным нижним концом и
закрепленным на ней вибропогружателем;
набивные с извлекаемой оболочкой, устраиваемые путем погружения
инвентарных труб, нижний конец которых закрыт башмаком, оставляемым в
грунте, или бетонной пробкой с последующим извлечением этих труб по мере
заполнения скважин бетонной смесью;
набивные в выштампованном ложе, устраиваемые путем выштамповки в
грунте скважин пирамидальной или конусной формы с последующим
заполнением их бетонной смесью; по способу армирования
армированные каркасами или жесткой арматурой на всю длину ствола
сваи;
армированные в верхней части ствола сваи;
без армирования;
по конструктивным особенностям:
без уширения ствола сваи;
с уширением ствола сваи в любом сечении, чаще у нижнего
д) буроинъекционные, устраиваемые путем нагнетания (инъекции)
бетонной смеси в пробуренные скважины;
е) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или
без него, укладки в них цементного раствора и опускания в скважины
цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со
сторонами 0,8 м и более;
119
ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от
буронабивных свай, описанных в п. «г», тем, что после в скважину опускают
железобетонную сваю.
набивные с неизвлекаемой оболочкой, устраиваемые путем погружения
инвентарных труб и заполнением их бетонной смесью;
бортовые элементы.
Сжимающее усилие Nx распределяется вдоль волны неравномерно, что
зависит от соотношения длины волны I и подъемистости:
Изгибающие моменты определяют так же, как для неразрезных плит,
причем углы перелома плоских участков плит считаются опорами:
Плиты армируют двойной рабочей арматурой в соответствии с эпюрой
моментов с учетом обрыва части арматуры в пролетах при ее необходимой
анкеровке.
а)
буронабивные сплошного сечения с уширениями и без
них, без крепления стенок скважин и с закреплением стенок скважины
глинистым раствором или инвентарными извлекаемыми обсадными трубами;
б)
буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с
применением многосекционного вибросердечника;
в)
буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемым путем
втрамбовывания в забой скважины щебня;
г)
буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения
скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением
скважин бетонной смесью. конца, устраиваемого механическими способами
или камуфлетным взрывом.
Буровые сваи, так же как и набивные, изготовляют непосрественно на
строительной площадке, имея размер поперечного сечения до 1,2 м и длину до
50 м. По форме поперечного и продольного сечения, по способу армирования
буровые сваи аналогичны набивным.
По способу устройства их подразделяют согласно СНиП 2.02.03—85:
а) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, без
крепления стенок скважин и с закреплением стенок скважины глинистым
раствором или инвентарными извлкаемыми обсадными трубами ;
б) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением
многосекционного вибросердечника;
в) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемым путем
втрамбовывания в забой скважины щебня;
г) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения
скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением
скважин бетонной смесью;
д) буроинъекционные, устраиваемые путем нагнетания (инъекции)
120
бетонной смеси в пробуренные скважины;
е) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или
без него, укладки в них цементного раствора и опускания в скважины
цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со
сторонами 0,8 м и более;
ж) буроопускные сваи с камуфлетной пятой, отличающиеся от
буронабивных свай, описанных в п. «г», тем, что после в скважину опускают же
121
Такие сваи изготавливают из бетона, железобетона (с армокаркасом)
или из цементно-песчаного раствора. Диаметр свай меняется от 400 до 1200 мм
длина от 2.0 м до 50.0 м 1800 мм В зависимости от инженерно-геологических
условий действующих нагрузок, буронабивные сваи армируются на полную
длину, часть длины или только в верхней части для связи с ростверком..
По способу устройства подразделяются на:
Буровые сплошного сечения с уширением и без них;
буровые
•
сваи без оболочки;
•
сваи с оболочкой, извлекаемой из грунта;
•
сваи с не извлекаемой оболочкой.
6.3.1. Сваи без оболочки
Сваи без оболочки применяют в связных сухих и маловлажных грунтах,
где можно осуществлять бурение без крепления стенок скважин.
В водонасыщенных глинистых грунтах проходку скважин производят под
защитой глинистого раствора, который, создавая избыточное давление в
скважине, препятствуют обрушению ее стенок. После выполнения буровых
работ в забой скважины через бетонолитную трубу подается бетонная смесь,
которая вытесняет раствор глины.
Набивную сваю, скважина которой получена бурением, принято называть
буронабивной.
Последовательность изготовления такой сваи представлена на рис. 6.99.
Рис.6.99. Последовательность изготовления буронабивных свай без
оболочек:
а – бурение скважины; б – устройство уширения механическим способом
(и не только); в – установка арматурного каркаса; г – опускание в скважину
бетонолитной трубы; д – заполнение скважины бетонной смесью; е –
извлечение бетонолитной трубы с вибрацией; ж – формирование головы сваи в
инвентарном кондукторе
122
Разновидностью буронабивных свай являются буроинъекционные сваи,
которые устраивают путем заполнения вертикальных или наклонных скважин
цементно-песчаным раствором под давлением, в результате чего получается
очень неровная поверхность, обеспечивая хорошее сцепление свай с
окружающим грунтом.
Используются буроинъекционные сваи для усиления фундаментов
существующих зданий, в качестве анкерных свай при испытании свай
статической нагрузкой.
сквозь
кладку
п.п.
Рис.6.100. Схема буроинъекционных свай
6.3.2. Сваи с извлекаемой оболочкой
Сваи с извлекаемой оболочкой можно применять практически в любых
геологических и гидрогеологических условиях, поскольку используемые для их
изготовления инвентарные обсадные трубы защищают стенки пройденной
скважины от обрушения.
зона
уплотнения
инвентарная
обсадная
труба
раскрываемый
наконечник
(либо съемный
башмак)
Рис. 6.101.. Схема сваи Страуса
Простейшим видом свай с извлекаемой оболочкой является свая,
предложенная еще в 1899 году инженером А. Э. Страусом. После появились
разнообразные модификации подобных свай (св. Франки, Бенато и т.п.)
6.3.3. Сваи с не извлекаемой оболочкой
Сваи с не извлекаемой оболочкой применяют при отсутствии
возможности качественного изготовления свай с извлекаемой оболочкой (в
водонасыщенных глинистых грунтах текучей консистенции с прослойками
песков и супесей), где под напором подземных вод ствол сваи на отдельных
участках может быть разрушен во время твердения бетонной смеси. Это
123
дорогие сваи и используются в основном в гидротехническом и транспортном
строительстве.
Недостатки набивных и буронабивных свай. Если изготавливать без
обсадной трубы – это может повлечь обрушение стенок скважины, как при
бурении, так и в процессе твердения бетона (хуже всего, т.к. не поддается
проверке). Существует проблема удаления шлама, который препятствует
погружению каркаса, при бетонировании шлам может всплывать и создавать
грунтовые пробки, тем самым ослаблять сечение сваи.
от нагрузки
свая
ломается
каркас
осыпанный
грунт
долото
бетон
шлам
сечение сваи
ослабляется
шлам,
препятствует
погружению
каркаса
Рис. 6.102.
1.
Трудность контроля качества.
2.
Подвержены действию агрессивных вод, во избежание этого также
применяют оболочки (не извлекаемые).
3.
Порционность подачи бетонной смеси при уплотнении трамбовкой,
что значительно удлиняет и усложняет процесс изготовлений таких свай.
4.
Большой состав рабочей бригады.
Достоинства набивных и буронабивных свай:
1.
Экономичность (малый расход арматуры).
2.
Большая несущая способность – главный фактор.
6.4. Вопросы для самоконтроля
1. В каких случаях целесообразно применение свайных фундаментов?
2. Что такое висячие сваи и чем они отличаются от свай-стоек?
3. Назовите способы погружения свай в грунт.
4. В чем различие работы одиночной сваи и работы сваи в кусте?
5. Назовите основные группы (типы) набивных бетонных свай. Какова
область их применения?
6.Какие
бывают
типы
свайных
ростверков?
124
Тема7:
Определение несущей способности одиночной сваи при
действии вертикальной нагрузки.
План лекции:
7.1. Определение несущей способности одиночной сваи при действии
вертикальной нагрузки.
7.1.1. Сваи-стойки.
7.1.2. Висячие сваи.
7.2. Расчет НС свай при действии горизонтальных нагрузок.
7.2.1. Метод испытания сваи пробной статической нагрузкой.
7.2.2. Математические методы расчета свай на горизонтальную
нагрузку.
7.3. Вопросы для самоконтроля.
7.1. Определение несущей
действии вертикальной нагрузки.
способности
одиночной
сваи
при
Как известно, наиболее достоверное значение несущей способности
свайных фундаментов может быть получено по результатам испытаний статическим загруженном. Однако испытание свайных фундаментов, состоящих из
нескольких свай, вызывает определенные производственные труности. Поэтому
испытываются в основном одиночные сваи, а несущая способность свайного
фундамента принимается равной произведению числа свай на несущую
способность одиночной сваи.
Несущая способность свайного фундамента не равна произведению
несущей способности одной сваи на число свай в фундаменте. В песчаных
грунтах она оказывается больше указанного произведения, а в глинистых
грунтах наоборот - меньше, что объясняется неравномерным распределением
нагрузок на отдельные сваи в составе фундамента. Средняя нагрузка,
воспринимаемая сваей в составе фундамента, может быть, меньше несущей
способности отдельно стоящей сваи до 40%.
При шаге забивки свай (6-8) диаметров сваи наблюдается равномерное
распределение нагрузки между сваями, независимо от порядка их забивки.
Для наиболее достоверного назначения несущей способности свайного
фундамента по результатам испытаний одиночной сваи необходимо выяснить
изменение плотности грунтов при погружении свай. Для этого целесообразно
использовать статическое зондирование грунтов, как в пределах свайного
фундамента, так и за его пределами. Проектирование ленточных свайных
фундаментов включает: сбор нагрузок, действующих на фундамент в
различных сечениях, анализ инженерно-геологических условий строительной
площадки и выбор глубины заложения подошвы ростверка, выбор длины сваи,
определение несущей способности свай и их количества на 1п.м., выбор схемы
размещения свай, расчет и конструирование ростверка, расчет фундамента по
125
деформациям и оценку принятого варианта по технико-экономическим
показателям.
Проектирование ленточных свайных фундаментов включает: сбор нагрузок, действующих на фундамент в различных сечениях, анализ инженерногеологических условий строительной площадки и выбор глубины заложения
подошвы ростверка, выбор длины сваи, определение несущей способности свай
и их количества на 1п.м., выбор схемы размещения свай, расчет и
конструирование ростверка, расчет фундамента по деформациям и оценку
принятого варианта по технико-экономическим показателям.
Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается в зависимости от конструктивных особенностей зданий и сооружений (наличие
подвала, планировка территории, высота ростверка) и климатических условий
района строительства. Допускается расположение подошвы ростверка в
пределах глубины промерзания пучинистых грунтов, если расчетами доказано,
что величина сил пучения меньше сил трения талого грунта по боковой
поверхности свай (в пределах о границы промерзания до острия свай).
Длина свай выбирается в зависимости от инженерно-геологических
условий площадки, величины нагрузок и возможностей строительных
организаций.
В ленточных фундаментах сваи могут располагаться в 1, 2, 3 ряда в зависимости от расчетного количества свай, необходимого для размещения на 1
п.м. длины ростверка. Каждая свая в проекте свайного фундамента имеет свой
порядковый номер.
126
Как правило, остриё свай должно быть заглублено в более прочные грунты.
При принятых размерах сваи, ее несущая способность может быть вычислена расчетом, по статическим (динамическим) испытаниям или по результатам зондирования. В ленточных фундаментах сваи могут располагаться в
1, 2, 3 ряда в зависимости от расчетного количества свай, необходимого для
размещения на 1 п.м. длины ростверка. При размещении свай в один ряд
обязательным является их расположение в местах пересечения стен.
7.1.1. Сваи-стойки
Сваи-стойки могут потерять несущую способность либо в результате
разрушения грунта под ее нижним концом, либо в результате разрушения
самой сваи, т.е. такую сваю необходимо рассчитывать: по прочности материала
ствола сваи и по условию прочности грунта под ее нижним концом. За
несущую способность принимается меньшая величина.
По прочности материала свая-стойка рассчитывается как центрально
нагруженный сжатый стержень, без учета поперечного изгиба.
F
разрушение
сваи по
материалу
Рис.7.103.
Для железобетонных свай формула расчета несущей способности по
материалу выглядит следующим образом:
Fdm = ϕ [γ c ⋅ γ m ⋅ Rb ⋅ A + γ a ⋅ Rs ⋅ As ] ,
где φ – коэффициент продольного изгиба, обычно φ=1;
γс – коэффициент условий работы,
для свай сечением менее 0,3×0,3м γс=0,85;
для свай большего сечения γс=1;
γm – коэффициент условий работы бетона (0,71 – в зависимости от
вида
свай);
Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию, зависит от
класса бетона (кПа);
A – площадь поперечного сечения сваи, м2;
γa – коэффициент условий работы арматуры, γa =1;
Rs – расчетное сопротивление сжатию арматуры (кПа);
As – площадь поперечного сечения арматуры, м2.
Несущая способность сваи-стойки по грунту определяется по формуле:
Fd = γ c ⋅ R ⋅ A ,
где γс – коэффициент условий работы сваи в грунте, γс=1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа
127
А – площадь опирания сваи на грунт, м2.
Для свай, имеющих жесткую заделку в ростверк, учитывается расчетный
момент заделки, который обеспечивается невозможностью поворота «головы»
сваи: где /0 — длина участка свай от подошвы высокого ростверка до
поверхности грунта, м (при низком ростверке /0 - 0). Знак «-» означает, что при
горизонтальной силе Н, направленной слева направо, на «голову» сваи со
стороны заделки передается момент, направленный против часовой стрелки.
7.1.2. Висячие сваи
Их расчет производится, как правило, только по прочности грунта, т.к. по
прочности материала она всегда заведомо выше.
Существуют следующие методы расчета:
•
Динамический метод;
•
Метод испытания пробной статической нагрузкой;
•
Практический метод;
•
Метод статического зондирования;
•
Теоретические методы.
Динамический метод испытания сваи.
Динамический метод заключается в определении несущей способности
сваи по величине ее отказа на отметке близкой к проектной. В основу метода
положено, что работа, совершаемая свободно падающим молотом, 6
испытаний. GH (где G – вес молота, H – высота падения молота) затрачивается
на преодоление сопротивления грунта погружению сваи; на упругие
деформации системы «молот-свая-грунт»; на превращение части энергии в
тепловую; разрушение головы сваи и т.п., т.е. на неупругие деформации.
В общем виде эта зависимость записывается следующим образом:
G ⋅ H = Fu ⋅ S a + G ⋅ h + α ⋅ G ⋅ H – уравнение работ Н.М. Герсеванова,
где G·H – работа падающего молота;
Fu·Sa – работа на погружение;
G·h – работа на упругие деформации;
α∙G·H – работа на неупругие деформации;
Fu – предельное сопротивление сваи вертикальной нагрузке, кН;
Sa – отказ сваи, м;
Α – коэффициент, учитывающий превращение части энергии в
тепловую и т.п.
Отказ сваи (Sa) определяется либо по одному удару молота, либо, что
чаще, вычисляется как среднее арифметическое значение погружения сваи от
серии ударов, называемой залогом (число ударов от 4-х до 10).
128
G
h
H
Sa
Рис.7.104
Метод испытания свай статической нагрузкой.
Несмотря на сложность, длительность и значительную стоимость этот
метод позволяет наиболее точно установить предельное сопротивление сваи с
учетом всех геологических и гидрогеологических условий строительной
площадки
Метод используется либо с целью установления предельного
сопротивления сваи, необходимого для последующего расчета фундамента,
либо с целью проверки на месте несущей способности сваи, определенной
каким-либо другим методом, например, практическим.
Проверке подвергаются в среднем до 1% от общего числа погруженных
свай, но не менее 2-х.
Схема испытания выглядит следующим образом:
Рис.7.105. Испытание свай вертикальной статической нагрузкой:
1 – испытываемая свая; 2 – анкерные сваи; 3 – реперная система; 4 –
прогибомеры (для замера осадки сваи от нагрузки); 5 – домкрат; 6 – упорная
балка
129
Нагрузка прикладывается ступенями, равными
1 1
...
от ожидаемого
10 15
предельного сопротивления сваи. Каждая ступень выдерживается до условной
стабилизации осадки сваи. Осадка считается условно стабилизировавшейся,
если ее приращение не превышает 0,1мм за 1 час наблюдения для песчаных
грунтов и за 2 часа для глинистых.
По данным испытаний строятся два графика:
t
Fсв
Fu
F
срыв
сваи
S
S
Рис.7.106.
Практика показала, что графики испытаний свай делятся на два типа (рис.
7.106.):
•
с характерным резким переломом, после которого осадка
непрерывно возрастает без увеличения нагрузки, данная нагрузка в этом случае
и принимается за предельную;
•
с плавным очертанием без резкого перелома, что затрудняет
определение предельной нагрузки. В этом случае за предельную принимается
та нагрузка, под воздействием которой испытываемая свая получила осадку S:
S = ζ ⋅ S u , mt ,
где ζ – переходной коэффициент, комплексно учитывает ряд факторов:
несоответствие между осадкой одиночной сваи и сваи в кусте,
кратковременность испытания (главный фактор) по сравнению с
длительностью эксплуатации здания и т.п., принимается равным ζ=0,2;
Su,mt – предельное значение средней осадки фундамента проектируемого
здания по (СНиП 2.02.01-83*).
В итоге расчетная нагрузка на сваю по результатам статических
испытаний:
FCΒ =
γc
Fu ,
γg
где γс – коэффициент условий работы;
γg – коэффициент надежности по нагрузке;
Fu – частное значение, т.е. нормативное значение.
Практический метод.
Этот метод широко применяется в практике проектирования, позволяет
определить несущую способность сваи по данным геологических изысканий.
Метод базируется на обобщении результатов испытаний большого числа
130
обычных и специальных свай вертикальной статической нагрузкой,
проведенных в различных грунтовых условиях с целью установления
предельных значений сил трения, возникающих между сваей и окружающим
грунтом, и предельного сопротивления грунта под ее концом.
Рис.7.107. Расчетная схема к определению несущей способности сваи
практическим методом
В результате составлены таблицы расчетных сопротивлений грунтов,
которые позволяют определить сопротивление боковой поверхности и нижнего
конца сваи и, просуммировать полученные значения по формуле:
Fd = γ c (γ cR RA + µ ∑ γ cf fi hi ),
где 𝛾𝛾𝑐𝑐 — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый c = 1;
R—расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа
(тс/м2) таб.1.( СНиП 2.02.01-83*).;
A — площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади
поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения
камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или по площади сваиоболочки нетто;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой
поверхности сваи, кПа (тс/м2), принимаемое по табл.2;
hi — толщина 1-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой
поверхностью сваи, м;
𝛾𝛾𝑐𝑐𝑅𝑅 , 𝛾𝛾𝑐𝑐𝑓𝑓 — коэффициенты условий работы грунта соответственно под
нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа
131
погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.
3. (СНиП 2.02.01-83*).
Найти ее НС, Fd (kH).
R и fi - затабулированы
R→Zo – расстояние от поверхности до низа сваи; крупность песчаного
грунта или IL глинистого грунта.
fi→Zi – расстояние от поверхности до середины рассматриваемого слоя,
крупности песчаного грунта или IL глинистого грунта.
Особое внимание в этом методе расчета необходимо уделять
правильности оценки физико-механических свойств грунта, особенно
показателю текучести IL глинистых, который оказывает значительное влияние
на результат расчета.
Этот метод, как правило, дает заниженное значение НС сваи.
При расчете сваи на выдергивающую нагрузку (например – анкерных
свай) ее НС, Fdu будет определяться только сопротивлением трению по боковой
поверхности и рассчитывается по формуле:
𝐹𝐹_𝑑𝑑𝑑𝑑 = 𝛾𝛾𝑐𝑐
Здесь𝛾𝛾𝑐𝑐 – коэффициент условий работы меньше чем при вдавливающей
нагрузке 𝛾𝛾𝑐𝑐 =0,6 для свай l<4 м, Jc=0,8, l<=4 м.
Остальное – то же, что и в формуле на вдавливающую нагрузку.
Расчет прочности ростверков под колонны
Расчет железобетонных ростверков под колонны (рис. 7.8) или стены
производят на основное и особое сочетания расчетных нагрузок. После
размещения свай в плане и определения всех размеров ростверка уточняют
вертикальную нагрузку на отдельную сваю по приведенным ранее формулам.
Расчет железобетонных ростверков под колонну производят на продавливание
колонной и угловой сваей нижней плиты ростверка, на изгиб, по поперечной
силе в наклонных сечениях, на местное сжатие (смятие) под торцами сборных
железобетонных колонн или под опорными плитами стальных колонн, а также
проверяют прочность стакана для опирания колонны (см. рис. 7.108.).
Расчет прочности ростверков под колонны.
Расчет железобетонных ростверков под колонны (рис. 7.108.) или стены
производят на основное и особое сочетания расчетных нагрузок. После
размещения свай в плане и определения всех размеров ростверка уточняют
вертикальную нагрузку на отдельную сваю по приведенным ранее формулам.
Расчет железобетонных ростверков под колонну производят на продавливание
колонной и угловой сваей нижней плиты ростверка, на изгиб, по поперечной
силе в наклонных сечениях, на местное сжатие (смятие) под торцами сборных
железобетонных колонн или под опорными плитами стальных колонн, а также
проверяют прочность стакана для опирания колонны (см. рис. 7.108.).
При определении сечений продольной и поперечной арматуры стаканной
части ростверка, если отношение толщины стенок стакана к высоте его уступа
132
или глубине стакана равно или больше 0,75, стенки стакана не армируются.
Если это отношение меньше 0,75, то стенки стакана рассчитывают как
железобетонные элементы. Порядок расчета стаканной части ростверка
аналогичен расчету стаканной части столбчатых фундаментов на естественном
основании.
133
134
Рис:7.108. Расчетные схемы столбчатого ростверка (а); продавливания
плиты сваей (6); на основе представления о концентрированных потоках
главных напряжений (в): 1 — расчетное поперечное сечение; 2 — пирамида
продавливания.
135
Метод статического зондирования грунтов
- более дешевый и быстрый метод по сравнению с испытанием свай
статическими нагрузками.
Заключается во вдавливании в грунт стандартного зонда, состоящего из
штанги с конусом на конце (dкон = 36 мм, F = 10 см2, < заострения 60º).
Конструкция зонда позволяет как общее сопротивление его погружения, так и
величину лобового сопротивления конуса.
Так как характер деформации грунтов при вдавливании свай и зонда
аналогичен, полученные данные можно использовать для определения
предельных сопротивлений свай.
Fd = AR+ f·h·U
f = B2·fз ; AR - сопротивление острия зонда
R = B1·qз ; h - длина сваи
B1 B2 – переходные коэффициенты учитывающие разные размеры зонда и
сваи.
Наряду с зондами для определения НС свай используются также
эталонные сваи сечением 10х10 см двух типов – для измерения сопротивления
грунта только под острием эталонной сваи, а второй – под острием и по ее
боковой поверхности.
Теоретические методы
В силу своей сложности и многочисленных допущений, снижающих их
точность, широкого применения на практике не нашли.
136
7.2. Расчет НС свай при действии горизонтальных нагрузок
Причиной значительных горизонтальных нагрузок на фундаменты могут
быть горизонтальные нагрузки от кранов в цехах, температурные расширения
технологических трубопроводов предприятий, односторонний обрыв проводов
ЛЭП, волновые воздействия и т.д.
7.2.1. Метод испытания сваи пробной статической нагрузкой
Позволяет наиболее точно установить действительное сопротивление
сваи горизонтальной нагрузке.
Проводятся испытания следующим образом (рис. 11.14). Нагрузка на
сваю увеличивается ступенями, горизонтальные перемещения на каждой
ступени фиксируются прогибомерами.
Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации
горизонтальных смещений. По результатам испытаний строятся графики
зависимости горизонтальных перемещений сваи от нагрузок (рис. 11.14 б) по
которым и определяется предельное сопротивление сваи.
Рис. 7.109. Испытания свай горизонтальной нагрузкой:
1 – опытная свая; 2 – гидровлический домкрат; 3 – а прогибомер; 4 –
упор из статического груза
За предельное сопротивление сваи Fu принимается нагрузка на одну
ступень менее той, при которой перемещения сваи непрерывно возрастают.
НС определяется по формуле
𝛾𝛾 𝐹𝐹
Fd = 𝑐𝑐 𝑑𝑑𝑢𝑢
;
=1
𝛾𝛾𝑔𝑔
При расчете на продавливание всего ростверка высотой Н
продавливающее усилие определяется как суммарная реакция всех свай за
пределами расчетного сечения во всех направлениях. При действии нормальной
силы и момента прочность на продавливание можно определить (с небольшим
приближением) только для наиболее нагруженной реакциями свай ростверка.
При многорядном расположении свай проверку прочности производят по
наклонным сечениям, проходящим через внутренние грани каждого ряда свай.
137
Контрольные вопросы
1.
В чем преимущества свайных фундаментов?
2.
Почему применяют и забивные, и набивные сваи? Чем вызвано
многообразие типов и технологий выполнения свай?
3.
Какие типы поперечных сечений свай вы знаете? В чем их
эффективность?
4.
За счет чего сваи воспринимают внешнюю нагрузку? По какому
принципу подразделяют сваи-стойки и висячие сваи?
5.
Как работают сваи с наклонными гранями?
6.
Как работают сваи с уширениями ствола? Можно ли делать
несколько уширений по высоте?
7.
Для чего предназначены свайные ростверки? Какие типы свайных
ростверков вы знаете?
8.
Как работают сваи при совместном действии продольной силы и
изгибающего момента?
9.
Что такое полосы сжимающих напряжений в ростверке? В каких
случаях можно учитывать работу таких полос?
10. Как и в каких сечениях нужно рассчитывать свайный ростверк на
продавливание?
11. Как рассчитать арматуру в подошве ростверка?
12. Каковы пути сокращения расхода материалов в свайных
ростверках?
13. В чем преимущества безростверковых свайных фундаментов?
Анкерные фундаменты.
Анкерные фундаменты (рис. 8.110) служат для восприятия вырывающих
усилий, направленных перпендикулярно или под углом к открытой
(горизонтальной, наклонной, вертикальной) поверхности грунта: в оттяжках
опор высоковольтных линий (ВЛ), в оттяжках напряженно-растянутых
конструкций покрытий, в сооружениях башенного типа на оттяжках, в
заанкеренных подпорных стенах, в стенах в грунте, в сооружениях для
удержания оползней, в подземных сооружениях и др. В настоящее время
анкерные фундаменты изготавливают из железобетона, стали, пластмасс,
пленок, сеток.
По способу изготовления анкеры подразделяются на сборные и сборномонолитные. По схеме работы анкеры подразделяются на свободно лежащие
массивные гравитационные анкеры (в том числе, с использованием сил присоса
за счет сцепления и атмосферного давления); анкеры мелкого и глубокого
заложения; анкеры трения.
По конструкции фундаменты подразделяются на следующие виды (см.
рис. 8.1): винтовые сваи; сваи с уширениями; сваи с наклонными гранями; сваи
с раскрывающимся уширением; козловые анкеры; иглообразные анкеры;
138
зачеканиваемые и инъекционные анкеры; анкерные железобетонные
фундаменты; винтовые анкеры; раскрывающиеся анкеры; гарпунные анкеры. В
подпорных стенах в качестве анкеров используют анкерующие сетки и пленки
в виде напряженно-растянутых мембран.
Рост анкерного усилия путем увеличения объема вовлекаемого в работу
грунта достигается устройством дополнительных винтовых лопастей или
уширений на анкере, приданием анкеру клинообразной формы для увеличения
горизонтальных деформаций грунта
. Расход материалов на единицу несущей способности уменьшают путем
применения облегченных конструкций анкеров: винтовых, раскрывающихся,
оболочек, мембран. Для увеличения нагрузки на один анкер при одинаковом
расходе материалов применяют тонкостенные анкеры вместо плоских плит или
увеличивают заглубление.
139
Рис7.110. Расчетные схемы анкерных фундаментов: а — плита мелкого
заложения; б — плита глубокого заложения; в — наклонный анкер; г — свая с
уширением; д — свая с несколькими уширениями; е — коничес¬кая свая;
ж, з — гибкие анкеры; и — анкер в скальном грунте; козловой анкер
Рис 7.111.
Глубину заложения анкерных фундаментов определяют аналогично
глубине заложения столбчатых и ленточных фундаментов. Глубина заложения
анкера связана также с необходимой несущей способностью по грунту. Классы
бетона и арматуры, толщину защитного слоя принимают в соответствии с
рекомендациями для столбчатых и свайных фундаментов. Размеры в плане,
толщину фундамента назначают по расчету, размеры в плане зависят от
требуемой несущей способности по грунту. Способы армирования, размеры
сеток принимают аналогич¬но способам армирования и размерам сеток
столбчатых и свай¬ных фундаментов.
Типы принятых свай — призматические сваи с анкерной петлей или
болтами в верхней части. Длина свай определяется расчетным пу¬тем; обычно
используют сваи длиной 6... 12 м, сечением 25x25, 30x30, 35x35, 40x40 см.
Число анкерный болтов — 1, 2, 4. Но¬менклатура фундаментов из сборных
железобетонных блоков (см. рис. 8.3, г, д) разработана институтом
«Энергосетьпроект». Блоки имеют размер подошвы 1 х 1; 2,0 х 1,5; 1,5 х 2,0; 1,5
х 3,0; 2 х 3; 2 х 4 м. Глубина заложения блоков — 2,5...3,0 м; высота блоков —
0,45; 0,60 м.
Конструкции фундаментов из винтовых свай разработаны институтом
«Фундаментпроект». Приняты два типа свай: стальные и с железобетонным
стволом. Стальные сваи имеют длину 6; 8; 10; 12 м; диаметр лопасти 0,6; 0,8;
1,0; 1,2 м; допустимое давление грунта на лопасти — до 15 кг/см2. Сваи со
стальной лопастью и железобетонным стволом отличаются от стальных свай
только материалом ствола.
140
Контрольные вопросы
1.
Каковы функции анкерных фундаментов?
2.
В чем их принципиальное отличие от других фундаментов?
3.
Как деформируется грунт над анкером при действии вырывающего
усилия? Влияет ли глубина заложения анкерной плиты на схему деформации
грунта?
4.
Как влияет форма анкерной плиты (выпуклая, вогнутая, плоская) на
воспринимаемое анкером усилие?
5.
За счет чего воспринимает внешнюю нагрузку анкерная свая?
6.
Как влияет уширение ствола или винтовая лопасть на стволе на
величину анкерного усилия?
7.
Каковы конструкции анкеров в условиях особо непрочных (слабых)
грунтов — торфов?
8.
Каковы конструкции анкерных фундаментов опор ВЛ?
9.
В чем преимущество массивных (гравитационных) анкеров?
Какова конструкция анкера в условиях скальных грунтов
141
7.2.2.
нагрузку
Математические методы расчета свай на горизонтальную
2 группы в зависимости от характера деформаций свай в грунте:
- Первая группа – для коротких жестких свай, поворачивающихся в
грунте без изгиба (рис. 7.7 а).
Разрушение системы «свая-грунт» происходит за счет потери
устойчивости грунтом основания.
- Вторая группа – для свай, изгибающихся в грунте (рис. 7.7 б).
Сопротивление таких – длинных гибких свай определяется прочностью
материала сваи на изгиб.
В первой группе расчет базируется на положениях теории предельного
равновесия грунтов. Во второй группе методы основаны на использовании
модели местных упругих деформаций.
P(x) =
(x), где
коэффициент постели
(x) – перемещение
Рис. 7.112. Схемы работы горизонтально нагруженных свай
При отнесении свай к той или иной категории жесткости следует
учитывать не только длину сваи и жесткость ее поперечного сечения, но и
деформационные свойства грунта, поскольку одна и та же свая, работающая в
слабом грунте как короткая жесткая, в прочном грунте будет вести себя как
длинная гибкая.
НС горизонтально нагруженного куста свай по нормам допускается
определить как сумму сопротивлений одиночных свай.
142
7.3. Вопросы для самоконтроля
1. Как выполняется расчет сваи-стойки ?
2. Назовите существующие методы определения несущей способности
одиночной сваи.
3.Как работает свая стойка?
4. В какой последовательности выполняется расчет свай на совместное
действие горизонтальных и вертикальных нагрузок и моментов?
5. Опишите расчетную схему действия на сваю вертикальных
горизонтальных нагрузок и действующих моментов .
6.Каким образом осуществляется жесткое соединение свай с ростверком?
143
Тема №8.
Проектирование и расчет свайных фундаментов.
План лекции:
8.1. Проектирование и расчет свайных фундаментов.
8.2. Основные положения расчета.
8.3. Проектирование свайных ростверков. Определение числа свай в
фундаменте и размещение их в плане.
8.3.1. Центрально нагруженный свайный фундамент.
8.3.2. Внецентренно нагруженный свайный фундамент.
8.4. Расчет осадки свайного фундамента.
8.5. Вопросы для самоконтроля.
8.1. Проектирование и расчет свайных фундаментов
Выполняется в следующем порядке:
1.
Оценка ИГУ (определяется слой грунта, в который наиболее
рационально заглубить острие сваи).
2.
Определяется тип и размер сваи.
3.
Определяется НС сваи (расчетная, допустимая на сваю нагрузка)
расчетом по таблицам (СП)
по испытаниям
по данным статического зондирования
4.
Определяется необходимое количество свай
5.
Размещение свай в плане и конструирование развертка
6.
Проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При
несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного
фундамента).
7.
Определяется осадка свайного фундамента.
Впервые деревянные сваи как фундамент использовались в Венеции.
Применялись лиственные породы деревьев. Многие здания опираются на сваи
из лиственницы.
Виды свай: «Компессоль 1900 г.»; «Симплен» 1903г.; сваи «Харлей
Эббот»; Саи «Фринклиноль» 1909 г.; сваи «Ридлей»; сваи «Вибрекс» сваи
«Штерна» сваи «Маста» ,сваи «Пирлесса»;сваи «Франки»; сваи «Атлас»; сваи
Мега» » сваи «Солес»;сваи «Фундекс». сваи «Фундекс»; сваи «Тюбекс».сваи
«Франки».
144
8.2. Основные положения расчета
Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум
группам предельных состояний:
- По первой группе – по НС грунта основания свай; по устойчивости
грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и
ростверков.
- По второй группе – по осадкам свайного фундамента от вертикальных
нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от
горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин
в элементах железобетонных конструкций свайного фундамента
•
Расчет по НС грунта основания заключается в выполнении условия
𝑁𝑁 = 𝐹𝐹_𝑑𝑑/𝛾𝛾_𝑘𝑘
N – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю,
Fd – НС сваи,
– коэффициент надежности, принимаемый равным от 1,2 до 1,4 в
зависимости от метода, которым была определена НС сваи
•
Расчет свайного фундамента по предельной составляющей второй
группы (по деформациям) производят исходя из условия
𝑆𝑆 ≤ 𝑆𝑆_𝑢𝑢
или же 𝑈𝑈_𝑝𝑝 ≤ 𝑈𝑈_𝑢𝑢; 𝜑𝜑_𝑝𝑝 ≤ 𝜑𝜑_𝑢𝑢
осадка при действии вертикальных нагрузок
горизонтальное перемещение и угол поворота сваи, при действии
горизонтальных нагрузок и моментов
145
8.3. Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане
Число свай определяется из условия, что ростверк должен равномерно
распределять нагрузки на свайный фундамент. Зная число свай, их размещают в
плане и конструируют ростверк. При этом в зависимости от вида ростверка
(сборный под колоны рамного каркаса или монолитный по которым уложены
кирпичные стены ) принимают рядное (одно, двух рядное) или шахматное
расположение свай. Железобетонный ростверк рассчитывают на продавливание
колонной или сваей и на изгиб. Эти расчеты производят в соответствии с
нормами проектирования железобетонных конструкций. Конструкции со
сборными ростверками и фундаментными балками позволяет на территориях с
большими подсыпками или при слабых грунтах основания возводить
фундаменты с минимальными земляными работами и практически без
водоотлива. Это важно при высоком уровне грунтовых вод.
После размещения свай и конструирования ростверка находят
фактический вес ростверка и грунта 𝑁𝑁_𝑅𝑅определяют фактическую нагрузку на
каждую сваю N' и проверяют условие
Если условие не выполняется, то изменяют число свай и производят
повторную проверку.
8.3.1. Центрально нагруженный свайный фундамент.
• Зная Fd – несущую способность сваи и принимая, что ростверк
обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента,
необходимое число свай (n) в кусте или на 1 м/п (в ленточном фундаменте)
определяют по формуле
𝑛𝑛 = (𝛾𝛾_(𝑘𝑘 ∙) 𝑁𝑁_𝐼𝐼 )/𝐹𝐹_𝑑𝑑
𝛾𝛾_𝑘𝑘 – то же
𝑁𝑁_𝐼𝐼 - рассчетная нагрузка на куст или на 1 погонный метр
• Для куста свай полученное по формуле число свай округляют в
сторону увеличения до целого числа
• Сваи в ростверке располагают компактно (а=3d) по прямоугольной
сетке или в шахматном порядке т.к. при а<3 d – трудно или невозможно забить
сваи из-за чрезмерного уплотнения окружающего грунта (межсвайного
пространства), а при а>3 d – увеличиваются размеры ростверка.
• Расстояние от крайнего ряда свай до края ростверка а ≤ 1 d.
• Ростверки кустов свай конструируются как обычные фундаменты
мелкого заложения и рассчитываются на продавливание колонной или угловой
сваей, на на поперечную силу в наклонных сечениях и на изгиб по СНиП
2.0301-84 «Бетонные и железобетонные конструкции».
• Если сваи куста работают только на сжимающую нагрузку, то
достаточно их заделки в ростверк на 5…10 см, если же сваи воспринимают
выдергивающие нагрузки или моменты, то их связь с ростверком делают более
надежной, для чего оголовки свай разбивают и обнаженную арматуру
замоноличивают в бетон ростверка.
146
• После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров
ростверка определяют нагрузку N приходящуюся на каждую сваю, и проверяют
условие
𝑁𝑁 = (𝑁𝑁_𝐼𝐼 + 𝐺𝐺_𝑓𝑓 + 𝐺𝐺_𝑔𝑔)/𝑛𝑛 ≤ 𝐹𝐹_𝑑𝑑/𝛾𝛾_𝑘𝑘
N - нагрузка на каждую сваю в ростверке
• Если условие не выполняется, то необходимо выбрать или другой тип
свай, имеющий более высокую НС, или увеличить число свай в фундаменте и
повторить расчет.
• Для свайного фундамента под стену (ленточного свайного
фундамента) число свай на 1 п.м. может быть дробным. Тогда расчетное
расстояние между осями свай по длине стены определяется по формуле
𝑎𝑎 = 1/𝑛𝑛
• Полученный результат округляют до кратного 5 см. В зависимости от
а определяется число рядов свай. Различают: однорядное, шахматное и
двухрядное.
• Из-за значительного увеличения размера ростверка принимают, как
правило, не более двух рядов свай.
Если же по расчету получается а<1,5 d, то лучше увеличить длину свай
или ее сечение, т.е. НС.
• Железобетонные ростверки ленточных свайных фундаментов
рассчитывают как неразрезные многопролетные балки в соответствии с
требованиями СНиП 2.0301-84 «Бетонные и железобетонные конструкции».
8.3.2. Внецентренно нагруженный свайный фундамент
• Предварительное число свай при внецентренном нагруженным
свайном фундаменте определяют, так же как и при центральной нагрузке
𝑛𝑛 = 𝛾𝛾_𝑘𝑘 ∙ 𝑁𝑁_𝐼𝐼/𝐹𝐹_𝑑𝑑
а затем увеличивают ≈ на 20%.
• Расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в общем
случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, определяют по
формуле внецентренного сжатия
𝑁𝑁_((𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 )/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚) = 𝑁𝑁_ ∝/𝑛𝑛 ± (𝑀𝑀_𝑥𝑥 ∙ 𝑦𝑦)/(∑▒𝑦𝑦_𝑖𝑖^2 ) ± (𝑀𝑀_𝑦𝑦 ∙ 𝑥𝑥)/(∑▒𝑥𝑥_𝑖𝑖^2 )
𝑁𝑁_((𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 )/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚)-расчетная нагрузка на сваю при внецентренном сжатии
где 𝑁𝑁_ ∝, Mx, My – соответственно расчетная вертикальная нагрузка
кН, и расчетные изгибающие моменты кН·м, относительно главных
центральных осей х и у плана своей в плоскости подошвы ростверка(рис.):
n – число свай в фундаменте;
x1, y1 – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;
x, y – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой
вычисляется расчетная нагрузка, м
147
Рис. 8.113. Внецентренно нагруженный свайный фундамент
• Максимальное усилие на сваю, найденное по этой формуле, должно
удовлетворять условию
𝑁𝑁 ≤ 𝐹𝐹_𝑑𝑑/𝛾𝛾_𝑘𝑘
При кратковременных (ветровых, крановых и т.п.) и особых нагрузках
допускается перегрузка крайних свай на 20%.
Если условие не выполняется необходимо увеличить число свай в
фундаменте или расстояние между ними.
8.4. Расчет осадки свайного фундамента
• Сложность определения осадок свайного фундамента связана с тем, что
они предают нагрузку на грунт основания одновременно через боковую
поверхность и нижние концы свай. При этом соотношение предаваемых
нагрузок зависит от многих факторов:
- числа свай в фундаменте
- их длины
- расстояния между сваями
- свойств грунта и степени его уплотнения при погружении свай.
148
Поэтому при расчете принимают упрощающие допущения, снижающие
их точность. С другой стороны, чем точнее расчетная схема, тем сложнее
методика расчета.
• В настоящее время в большинстве случаев свайный фундамент при
расчете
его
осадок
рассматривается
как
условный
массивный
фундамент на естественном основании, т.е. все, что находится в пределах АБВГ
(рис8.2.) рассматривается как единый массив.
с = ℎ ∙ 𝑡𝑡𝑡𝑡(𝜑𝜑_(𝐼𝐼𝐼𝐼, 𝑚𝑚𝑚𝑚/4))
φ_(φII , i) – углы внутренниго трения для отдельнных пройденых свай и
слоев грунта толщинами ℎ_𝑖𝑖
Рис. 8.114. Схемы условных фундаментов для расчета по второй группе
предельных состояний
• При наличии в фундаменте наклонных свай, плоскости АБ и ВГ
проходят через их концы (рис. 8.2.б). Размеры подошвы условного фундамента
в этом случае определяются расстояниями между нижними концами наклонных
свай.
• Если в пределах глубины погружения свай залегают слои торфа или ила
толщиной более 30 см, то, поскольку трение в них принимается равным нулю,
осадку свайного фундамента из висячих свай определяют с учетом
уменьшенных габаритов условного фундамента (рис. 8.2.в).
Уширение
учитывается только у слоев, залегающих ниже слоя торфа или ила.
• Во всех рассмотренных случаях при определении осадок расчетная
нагрузка, передаваемая условным фундаментом на грунт основания,
принимается равномерно распределенной.
Расчет осадки свайного фундамента, как условного массивного,
выполняется теми же методами, что и расчет фундамента мелкого заложения.
При этом также требуется выполнение условия. Чтобы среднее давление (Р) по
подошве условного фундамента не превышало расчетное сопротивление грунта
149
основания на данной глубине, т.е. определяется, как и при расчете ФМЗ, но
заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные.
𝑃𝑃_𝐼𝐼𝐼𝐼 = 𝑁𝑁_𝐼𝐼𝐼𝐼/𝐴𝐴_𝑦𝑦 ≤ 𝑅𝑅
Осадка свайного фундамента определяется, как правило, методом
послойного суммирования.
8.5. Вопросы для самоконтроля
1. Назовите порядок расчета свайного фундамента.
2. Назовите предельные состояния для расчета свайных фундаментов и их
оснований.
3. Опишите методику расчета центрально и внецентренно нагруженного
свайного фундамента.
4. Как выполняется расчет осадки свайного фундамента?
5.По каким группам предельных состояний ведется расчет свайного
фундамента?
6.Исходя из каких условий назначается глубина заложения ростверка?
7.Что включает в себя проектирование свайных фундаментов?
Тема №9
Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах. Общие
положения
План лекции:
9.1. Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах. Общие
положения
9.2. Фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов
9.3. Фундаменты на лессовых и просадочных фундаментах
9.4. Фундаменты на набухающих грунтах
9.5. Вопросы для самоконтроля
9.1. Фундаменты на структурно-неустойчивых грунтах. Общие
положения
К структурно-неустойчивым грунтам относят мерзлые и вечномерзлые
грунты; лессовые просадочные грунты, слабые водонасыщенные, пылеватоглинистые, засоленные, заторфованные грунты. В определенной мере сюда
могут быть отнесены и насыпные грунты. Несмотря на различие в условиях
образования грунтов этой группы их объединяет общее свойство – в природном
состоянии эти грунты обладают структурными связями, которые при
определенных воздействиях резко снижают свою прочность или полностью
разрушаются (это может быть от быстро возрастающих, динамических,
вибрационных нагрузок или физических процессов – повышение t-ры мерзлых
грунтов, обводнение лессовых или засоленных грунтов и т.п.)
150
Структурно-неустойчивые грунты часто называют региональными, т.к.
эти грунты группируются преимущественно в определенных географоклиматических зонах (регионах).
При строительстве на таких грунтах кроме общепринятых для обычных
условий решений требуется проведение комплекса специальных мероприятий,
учитывающих их особые свойства.
Эти мероприятия разделяются на четыре группы:
1 группа: меры, предпринимаемые для исключения неблагоприятных
воздействий на грунты.
2 группа: способы искусственного улучшения структурных свойств
оснований, с помощью которых нейтрализуются последствия воздействия
неблагоприятных факторов.
3 группа: конструктивные мероприятия, понижающие чувствительность
зданий к неравномерным деформациям основания.
4 группа: применение специальных типов фундаментов.
Ниже мы рассмотрим лишь основные положения проектирования
фундаментов на структурно-неустойчивых грунтах.
За исполнением работ по устройству и закреплению грунтов ведется
наблюдение за их исполнением, согласно требованиям: СНиП 3.02 01.-87
«Основания и фундаменты». Повышение прочности
и устойчивости
достигается способами цементации битумизации, силикатизации, смолизации и
термического закрепления глинизации
9.2. Фундаменты в районах распространения вечномерзлых грунтов
9.2.1. Механические свойства мерзлых грунтов
Свойства вечномерзлых грунтов зависят, от вещественного состава и
влажности, но и от их температуры, физического состояния, характера и
продолжительности нагрузки так как при оттаивании мерзлых грунтов может
наблюдаться склонность к просадочности и разжижению, а при
промораживании – морозное пучение.
В таком случае, прогноз температурного режима оснований в условиях
вечной мерзлоты имеет первостепенное значение. В зависимости от
вещественного состава и температурных условий мерзлые грунты делятся на
твёрдо-мерзлые, пластичномёрзлые и сыпучемёрзлые. Эти твёрдомёрзлые
грунты можно классифицировать в зависимости от наименования и
температуры : крупнообломочные грунты при температуре T< 0°𝐶𝐶
и
суммарной
влажности
W𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 > 0,03, пески при T< − 0,10° … −
0,3°𝐶𝐶 и W𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 > 0,03, и глинистые при T< − 0,60° … − 1,5°𝐶𝐶 .
Твердомёрзлые грунты прочно сцементированы льдом. Не сжимаемы
(E>100 МПа), при быстром нагружении становятся хрупкие и могут
разрушится. Сопротивление сдвигу снижается при длительном действии
нагрузки, причем в основном за счет уменьшения во времени сцепления грунта,
и связывается с нормальным давлением соотношением Кулона
151
К сыпучемерзлым относятся крупнообломочные и песчаные грунты при
Т < 0 °С и W𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 < 0,03. Несмотря на мерзлое состояние, эти грунты не
сцементированы льдом ввиду его малого содержания в порах. Их
свойствапрактически не изменяются под влиянием температуры и близки к
свойствам тех же грунтов в немерзлом состоянии.
Изучение сжимаемости мерзлых грунтов при оттаивании обычно
производится в одометрах, оборудованных нагревательной аппаратурой.
Образец помещается в прибор, дается вертикальная нагрузка p1 (участок а б,
рис. 9.1). Затем образец нагревают и происходит его оттаивание при p1=const,
что ведет к разрушению цементационных связей (так как вода переходит в
жидкое состояние) и грунт может значительно уплотнится (бв – рис 9.1).
Деформация имеет просадочный характер. После стабилизации просадочной
деформации при оттаивании образец нагружается ступенчато-возрастающей
нагрузкой, что характеризуется сжимаемостью оттаивающего грунта (вг – рис.
9.1). Серия испытаний проводится при различных значениях начального
обжатия p1.
Рис. 9.115. Зависимости деформаций образца оттаивающего грунта (а)
и коэффициента просадочности (б) от нормального давления
Из каждого опыта определяется коэффициент просадочности
𝜀𝜀_𝑡𝑡ℎ = ((ℎ_𝑓𝑓 ℎ_𝑡𝑡ℎ))/ℎ_𝑓𝑓
После чего строится график зависимости этого коэффициента от внешней
нагрузки (p). Зависимость 𝜀𝜀_𝑡𝑡ℎ = 𝑓𝑓(𝑝𝑝).
Имеет практически линейный характер и описывается уравнением
𝜀𝜀_𝑡𝑡ℎ = 𝐴𝐴_𝑡𝑡ℎ + 𝛿𝛿_𝑝𝑝 , где
𝐴𝐴_𝑡𝑡ℎ, 〖 𝛿𝛿〗_𝑝𝑝
соответственно коэффициенты оттаивания и
сжимаемости, которые являются основными расчетными характеристиками при
вычислении осадок оттаивающих оснований.
Итак, осадка оттаявшего грунта складывается из двух частей: осадки
оттаивания, не зависящей от нагрузки и характеризуемой коэффициентом 𝐴𝐴_𝑡𝑡ℎ
152
, и осадки уплотнения, пропорциональной нагрузке и характеризуемой
коэффициентом 𝛿𝛿_𝑝𝑝 .
9.2.2. Принципы строительства на вечномерзлых грунтах
Существует два принципа строительства на вечномерзлых грунтах:
I принцип – вечномерзлые грунты основания используются в мерзлом
состоянии, сохраненном в процессе строительства и в течение всего периода
эксплуатации сооружения;
II принцип – в качестве оснований знаний и сооружений используются
предварительно оттаянные грунты или грунты, оттаивающие в период
эксплуатации сооружения.
I принцип применяется в тех случаях, когда расчетные деформации
основания в предположении его оттаивания превышают предельное их не
удается привести в нормальное состояние конструктивными мерами или
улучшением строительных свойств основания. Принцип эффективен, когда
грунты находятся в твердомерзлом состоянии и такое состояние может быть
сохранено при экономически разумных затратах.
II принцип рекомендуется применять при неглубоком расположении
(залегании) скальных грунтов, а также при малосжимаемых мерзлых грунтах
при оттаивании (плотные крупнообломочные грунты и пески, пылеватоглинистые грунты твердой и полутвердой консистенции).

При строительстве по I-му принципу для сохранения вечномерзлого
состояния оснований используются различные методы.(рис.9.2.)
Рис.9.116. Мероприятия для сохранения вено мерзлого состояния
грунтов:
153
1 – вечномерзлый грунт; 2 – верхняя граница слоя вечномерзлого грунта;
3 – деятельный слой; 4 – насыпной непучинистый грунт (пески средней
крупности, крупные, крупнообломочные грунты, шлаки ) ; 5 – теплоизоляция; 6
– вентилируемое подполье; 7 – сваи; 8 – неотапливаемый 1-ый этаж; 9 –
вентиляционные каналы; 10 – замораживающие колонки;
•
Подсыпка применяется при вертикальной планировке территорий
или устраивается под отдельными зданиями;
•
Телпоизоляция в сочетании с другими методами для сооружений,
занимающих небольшую площадь;
•
Вентилируемые подполья – является основным и наиболее
распространенным способом регулирования теплового влияния здания на
температурный режим основания, открытые подполья имеют сообщение с
наружной средой.
В зимний период подполья заносятся снегом, а летом в них поступает
теплый воздух, растепляющий основание. Кроме того, от этого возникает
неблагоприятный температурный режим во внутренних помещениях 1-ого
этажа.
В этом случае более эффективны подполья с регулируемым
проветриванием – с продухами.
Зимой продухи открыты, а в летнее время их закрывают.
•
Иногда роль вентилируемого подполья выполняют неотапливаемые
помещения 1-ого этажа.
•
Подсыпки с тубами воздушного охлаждения применяют, главным
образом для тепловыделяющих зданий значительных, в плане, размеров. Трубы
прокладывают в пределах насыпного слоя и выводятся наружу - в подполье или
вблизи стен здания. Охлаждение основания достигается движением по трубам
холодного наружного воздуха.
•
Промораживающие колонки применяют для предпостроечного
промораживания оснований, а также для последующего поддержания в
основании заданного температурного режима.

При использовании принципа II на вечномерзлых грунтах
существуют два основных подхода
•
Предпостроечное оттаивание. Для повышения температуры грунта
наиболее часто используют игловое гидро- или парооттаивание, или
электрический прогрев с применением электроосмоса и иглофильтрового
понижения, оттаивание может быть произведено как в пределах всей площади
застройки, так и под отдельными фундаментами, если это обосновано расчетом
по деформациям.
•
Оттаивание грунтов в процессе эксплуотации сооружений должно
применятся с большой осторожностью и подкрепляться тщательным прогнозом
температурного режима деформаций оттаивающего основания.
154
9.3. Фундаменты на лессовых и просадочных грунтах.
Лессовые суглинки и лессы имеющие характерные признаки: высокую
пористось более 50% при однородном зерновом составе пылеватых частиц и
малую влажность часто называют макропористыми.
•
Трудность строительства сооружений на лессовых просадочных
грунтах состоит в том, что при обводнении грунтов в основании сооружений
происходят большие и часто не равномерные деформации, называемые
просадками.
В результате сооружения разрушаются и становятся непригодными для
дальнейшей эксплуатации.
•
Просадки лессовых грунтов возникают при одновременном
воздействии двух факторов:
1.
нагрузок от сооружений и собственного веса грузовой просадочной
толщи, и
2.
Замачивания при подъеме горизонта подземных вод или за счет
внешних источников (атмосферные осадки, промышленые сбросы, утечки и
т.д.)
•
Просадочные свойства проявляются в лессах только при
достижении влажностью некоторого предела 𝑊𝑊𝑆𝑆𝑆𝑆 , называемого начальной
просадочной влажностью.
•
Просадочность
грунтов
часто
оценивается
показателем
просадочности П:
П = (𝑒𝑒𝐿𝐿 − 𝑒𝑒)/((1 + 𝑒𝑒)
где e - коэффициент пористости грунта природного сложения и
влажности
𝑒𝑒𝐿𝐿 - коэффициент пористости, соответствующей влажности на границе
текучести 𝑊𝑊𝐿𝐿 и определяемый по формуле:
𝑒𝑒𝐿𝐿 = 𝑊𝑊𝐿𝐿 𝜌𝜌𝑆𝑆 /𝜌𝜌𝑊𝑊 где 𝜌𝜌𝑆𝑆 и 𝜌𝜌𝑊𝑊 – соответвенно плотность твердых частиц и
воды
Показатель просадочности является номенклатурным признаком и лишь
определяет склонность грунта к просадкам, не позволяя достоверно дать
величину возможной просадки грунта.
•
Явление просадки можно наглядно представить на рисунке
155
Рис. 9.117. Осадка фундамента на лессовом грунте
Рис. 9.118. Зависимость деформаций (а) и относительной просадки
(б)лессового грунта от нормального давления [12]
аб – практически прямолинейный участок представляет зависимость
осадков от роста давления под подошвой фундамента от 0 до заданной
величины. при котором происходит замачивание грунта;
бв – участок соответствующей полной просадке грунта под постоянной
нагрузке после замачивания.
•
Важно отметить, что если увеличение осадков связано с ростом
нагрузки, то просадка развивается при постоянной нагрузке.
•
Полная деформация просадочного основания 𝑆𝑆𝑛𝑛1 равна сумме
осадки S при естественной влажности грунта и просадки 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑠𝑠 грунта при его
замачивании
𝑆𝑆 + 𝑆𝑆𝑠𝑠𝑠𝑠 ≤ 𝑆𝑆𝑛𝑛1
9.3.1. Принципы строительства на просадочных грунтах
В первую очередь при проектировании оснований и фундаментов зданий
на просадочных грунтах учитывают возможность их замачивания и
возникновения просадочных деформаций.
Надежность и нормальная эксплуатация зданий достигается применением
одного из следующих принципов:
•
Осуществление комплекса мероприятий, включающего подготовку
основания (в водозащитные и конструктивные мероприятия входят:
•
компановка генплана; планировка застраиваемых территорий;
•
устройство под зданиями маловодопроницаемых экранов;
•
качественная засыпка водонепроницаемых котлованов и траншей;
устройство вокруг зданий водонепроницаемых отмосток; отвод аварийных вод
за пределы зданий и в ливнесточную сеть.)
156
Конструктивные мероприятия объединяют в группы по составу и
способам осуществления традиционных, для строительства, в особых
грунтовых условиях.
Для жестких зданий:
−
эта разрезка зданий осадочными швами на отсеки
−
устройство железо – бетонных поясов и армированных швов
−
усиление фундаментов – подвальной части путем применения
монолитных или сборно –монолитных фундаментов
Для податливых и гибких зданий:
−
мероприятия по дополнительному увеличению податливости
(введение гибких связей; повышение площади опирания)
−
место, обеспечивающие нормальную эксплуатацию зданий при
возможных, часто неравномерных просадок. Для этого применяют
конструктивные решения, позволяющие в короткие сроки восстановить после
неравномерных просадок нормальную эксплуатацию кранов, лифтов,
оборудования, путем рихтовки подкрановых путей и направляющих лифтов,
поднятия опор домкратом.
9.3.2. Улучшение строительных свойств просадочных грунтов
Достигается их уплотнением или закреплением, устройством грунтовых
подушек. Устойчивость основания зависит от напряженного состояния и
прочностных характеристик грунта c и φ.
−
Эффективным
способом
является
уплотнение
тяжелыми
трамбовками. Но следует помнить, что удары тяжелых трамбовок создают
колебания в грунтовом массиве и учитывать при уплотнении грунта внутри
существующих зданий.
−
Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании
фундаментов слоя не просадочного грунта.
−
Двухслойное уплотнение путем сочетания поверхностного
уплотнения тяжелой трамбовкой и устройства по верху уплотненного слоя
грунта грунтовой подушки
−
Могут устраиваться и фундаменты в вытрамбованных котлованах,
фундаментов в виде пирамидальных свай и забивных блоков.
−
Применяются поверхностное уплотнение подводными взрывами.
−
Уплотнение предварительным замачиванием (на больших
территориях вновь застраиваемых площадках)
−
Широко используют уплотнение оснований пробивкой скважин
(грунтовые сваи) и глубинными взрывами
Для
закрепления
просадочных
грунтов
применяют
методы
однорастворной силикатизации или термообжига.
Армирование грунтов.
Эффективный способ улучшения свойств грунтов его армирование.
157
Геосинтетические материалы повышают несущую способность и
устойчивость
армогрунтового
массива.
Армирование
выполняют
горизонтально, вертикально и наклонно с однослойным. и многослойным
армированием трёхмерными и 2х- мерными элементами различной ориентации
на лёссовых просадочных, слабых сильносжимаемых водонасыщенных грунтах
рыхлых песчаных и насыпных грунтах.
−
Геосинтетические материалы обладают свойствами, повышающими
несущую способность и устойчивость армогрунтового массива. Они
воспринимают растягивающие напряжения, возникающие в основаниях от
действия нагрузок за счет трения и (или) адгезии между арматурой и грунтом.
−
В настоящее время имеется определенный опыт по использованию
армированных оснований, которые можно разделить на следующие виды:
−
с однослойным и многослойным армированием горизонтальными
прослойками;
−
с армированием вертикальными и наклонными элементами;
−
со смешанным армированием трехмерными, двухмерными и
одномерными элементами различной ориентации.
−
Армирование грунтов используется при строительстве зданий и
сооружений на лессовых просадочных, слабых, сильносжимаемых
водонасыщенных рыхлых песчаных и насыпных грунтах.
−
геомембраны и геомембранные материалы (кф геосинтетика << кф
грунта, кф - коэффициент фильтрации);
−
геотекстили и геотекстильные материалы (кф геосинтетика = кф
грунта); (тканые и нетканые)
−
геокомпозитные материалы.
−
Армирование оснований – это мероприятия и технологии,
основанные на включении в грунтовый массив специальных элементов,
находящихся во взаимодействии с грунтом, но не связанные с фундаментом
конструктивно.
В соответствии с предложением Международного геосинтетического
общества (1О8) геосинтетическая продукция имеет следующие символы: GT геотекстиль; ВТ - биотекстиль и биомат; GG- георешетка; GN - геосетка; GА геомат; GL - геоячейка; GCD - дренажный геосинтетик; DCL - геобентонитовое полотно; GMS - геомембрана; синтетическая геомембрана; GMB битуминозная геомембрана.
Прорезка просадочных грунтов обычно осуществляется с помощью
свайных фундаментов.
158
−
Целесообразно применение забивных и, особенно, конических и
пирамидальных свай, а также набивных свай в пробитых или полученных
путем уплотнения грунтов взрывами зарядов в скважинах.
−
Сваи должны полностью прорезать просадочную толщу и
опираться на подстилающие грунты повышенной сложности и НС (плотные
глинистые грунты, гравий, плотные пески).
−
Неполная прорезка просадочных грунтов сваями допускается лишь
в тех случаях, если расчетные деформации не превышают допустимых величин.
−
НС свай в просадочных грунтах определяют, как правило, путем
статических испытаний, возможно воспользоваться также и данными
статического зондирования. В обоих случаях перед началом испытаний грунт
замачивают до полного водонасыщения.
9.4. Фундаменты на набухающих грунтах
Многие виды пылевато-глинистых грунтов твердой и полутвердой
консистенций при замачивании водой (и особенно, растворами серной кислоты)
увеличиваются в объеме. В процессе набухания происходит подъем
поверхности грунта, что приводит к деформациям, обычно неравномерным.
Кроме того, при набухании грунты способны оказывать дополнительное
боковое давление на ограждающие конструкции (до 200 кПа), а при снижении
влажности набухающие грунты дают усадку, уменьшая свой объем. Для
159
предварительной оценки набухающих грунтов иcпользуют показатель 𝑆𝑆𝑤𝑤 > 0,3
определяемый по формуле:
𝑠𝑠𝑤𝑤 (𝑒𝑒𝐿𝐿 − 𝑒𝑒)/(1 − 𝑒𝑒)
где: 𝑒𝑒𝐿𝐿 коэффициент пористости грунта при 𝑤𝑤𝐿𝐿
Для набухающих грунтов, кроме обычных физико-механических
характеристик, определяют и специальные характеристики набухания и осадки.
Относительное набухание 𝜀𝜀𝑠𝑠𝑠𝑠 исследуется в компресcионных приборах.
Относительное набухание определяют при различных уплотняющих
давлениях p и вычисляют по формуле:
𝜀𝜀𝑠𝑠𝑤𝑤 = (ℎ𝑠𝑠𝑎𝑎𝑎𝑎 − ℎ𝑛𝑛 )/ℎ𝑛𝑛
где ℎ𝑠𝑠𝑎𝑎𝑎𝑎 – высота образца грунта природного состояния, обжатого
давлением p; ℎ𝑛𝑛 – то же, после набухания образца.
Рис. 9.119. Зависимости деформации набухающего грунта (а) и
относительного набухания (б) от нормального давления набухания
•
По относительному набуханию 𝜀𝜀𝑆𝑆𝑊𝑊 , определенному для необжатого
образца, то есть p=0, грунты классифицируются на:

ненабухающие - 0,04

слабонабухающие- 0,040,08

средненабухающие- 0,080,12

сильнонабухающиее - ε_sw > 0.12
− Давление набухания Psw соответствует давлению, возникающему при
замачивании грунта в замкнутом объеме, то есть при отсутствии деформации.
•
Подъем основания при набухании грунта hsw определяют методом
послойного суммирования. Если расчетные деформации набухания hsw
превышают предельные значения Su, применяют различные мероприятия,
160
снижающие или полностью исключающие деформации, вызванные
набуханием, или уменьшающие их неравномерность до заданных пределов.
9.4.1. Водозащитные мероприятия.
Водозащитные мероприятия устраивают в период строительства:
− устраивают отмостки вокруг зданий шириной 2…3 м
− применяют водонепроницаемые экраны над всем сооружением из
полимерных материалов, либо из асфальта устройство по выровненной
поверхности всех стен на высоте 15-20 см от верха отмостки или тротуара
непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора
или 1-2х слоёв рулонного материала на битуме.
− Заключают
водопроводные
и
канализационные
трубы
в
железобетонные лотки и т.п.
9.4.2. Улучшение свойств оснований
− При небольших толщах набухающих грунтов применяют
предварительное замачивание и строительство ведется как на водонасыщенных
не набухающих грунтах (материалом грунтовых подушек должна служить
пылевато-глинистые набухающие грунты).
− Компенсирующие
подушки
применяются
для
уменьшения
неравномерности подъема фундаментов (материал: любые, кроме пылевых,
пески). Принцип работы компенсирующей подушки состоит в следующем. Так
как ширина песчаной подушки превышает ширину фундамента, при набухании
грунта происходит выпирание песка между фундаментом и стенкой траншеи.
Поэтому при подъеме дна такой траншеи песок вокруг фундамента
поднимается, а сам фундамент остается практически неподвижным.
Прорезка набухающих грунтов свайными фундаментами и глубокими
опорами эффективна, если толща набухающих грунтов не превышает 12 м. Для
избежания подъема, длина свай должна быть назначена таким образом, чтобы
силы набухания, направленные вверх по боковой поверхности свай, были
меньше, чем … нагрузок от сооружения и силы сопротивления по боковой
поверхности в нижней части сваи, заглубленной в не набухающие грунты. Для
увеличения сил сопротивления в заделанной части сваи можно применять
винтовые сваи или сваи с улучшенной пятой.
К конструктивным мероприятиям относится увеличение жесткости
здания путем разбивки их на отдельные отсеки крупнопанельных зданий
осадочными швами на отсеки длиной менее 30м, армирование поясов,
устраиваемых в нескольких уровнях по высоте.
161
Рис. 9.120. Схема сил, действующих на компенсирующую подушку:
1 – фундамент; 2 – обратная засыпка; 3 – набухающий грунт;
4 – песчаная компенсирующая подушка.
9.5. Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите структурно-неустойчивые грунты.
2. Перечислите комплекс специальных мероприятий, необходимых для
проектирования фундаментов на структурно-неустойчивых грунтах.
3. Назовите особенности проектирования фундаментов в районах
распространения вечномерзлых грунтов
4. Какие существуют способы устранения просадочности грунтов?
5. Перечислите мероприятия по улучшению свойств оснований.
6.Дайте количественную характеристику просадочности грунтов..
7.Охарактеризуйте виды просадочности грунтов.
ТЕМА: ТЕМА 10
Технология «стена в грунте» для устройства подземных сооружений
Подземные сооружения в зависимости от гидрогеологических условий и
глубины заложения осуществляют разными способами, основные из которых открытый, «стена в грунте» и способ опускного колодца. Сущность технологии
«стена в грунте» заключается в том, что в грунте устраивают выемки и траншеи
различной конфигурации в плане, в которых возводят ограждающие
конструкции подземного сооружения из монолитного или сборного
железобетона, затем под защитой этих конструкций разрабатывают внутреннее
грунтовое ядро, устраивают днище и воздвигают внутренние конструкции.
В отечественной практике применяют несколько разновидностей метода
«стена в грунте»:- свайный, когда ограждающая конструкция образуется из
сплошного ряда вертикальных буронабивных свай;- траншейный, выполняемый
сплошной стеной из монолитного бетона или сборных железобетонных
элементов. Технология перспективна при возведении подземных сооружений в
условиях городской застройки вблизи существующих зданий, при
реконструкции предприятий, в гидротехническом строительстве.
162
С использованием технологии «стена в грунте» можно сооружать:противофильтрационные завесы;- туннели мелкого заложения для метро;подземные гаражи, переходы и развязки на автомобильных дорогах;- емкости
для хранения жидкости и отстойники;- фундаменты жилых и промышленных
зданий. В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида
возведения стен - сухой и мокрый. Сухой способ, при котором не требуется
глинистый раствор, применяется при возведении стен в маловлажных
устойчивых грунтах. Свайные стены могут возводиться как сухим, так и
мокрым способом, при этом последовательно бурят скважины и бетонируют в
них сваи. Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в
водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления
стенок траншей от обрушения грунта в процессе его разработки и при укладке
бетонной смеси. При этом способе в процессе работы землеройных машин
устойчивости стенок выемок и траншей достигают заполнением их глинистыми
растворами (суспензиями) с тиксотропными свойствами. Тиксотропность важное технологическое свойство дисперсной системы восстанавливать
исходную структуру, разрушенную механическим воздействием. Для
глинистого раствора это способность загустевать в состоянии покоя и
предохранять стенки траншей от обрушения, но и разжижаться от
колебательных воздействий.
В выемках, отрытых до необходимых глубины и ширины под глинистым
раствором, этот раствор постепенно замещают, используя в качестве несущих
или ограждающих конструкций монолитный бетон, сборные элементы,
различного рода смеси глины с цементом или другими материалами.
Наилучшими тиксотропными свойствами обладают бентонитовые глины.
Сущность действия глинистого раствора заключается в том, что создается
гидростатическое давление на стенки траншеи, препятствующее их
обрушению,
кроме
этого
на
стенках
образуется
практически
водонепроницаемая пленка из глины толщиной 2 ... 5 мм. Глинизация стенок
выемок позволяет отказаться от таких вспомогательных и трудоемких работ,
как забивка шпунта, водопонижение и замораживание грунта. При отрывке
траншей используют оборудование циклического и непрерывного действия;
обычно ширина траншей составляет 500 ... 1000 мм, но может доходить до 1500
... 2000 мм.
Для разработки траншей под защитой глинистого раствора применяют
землеройные машины общего назначения - грейферы, драглайны и обратные
лопаты, буровые установки вращательного и ударного бурения и специальные
ковшовые, фрезерные и струговые установки. Буровое оборудование позволяет
устраивать «стену в грунте» в любых грунтовых условиях при заглублении до
100 м. Нецелесообразно применять метод «стена в грунте» в следующих
случаях: - в грунтах с пустотами и кавернами, на рыхлых свалочных грунтах; на участках с бывшей каменной кладкой, обломками бетонных и
железобетонных элементов, металлических конструкций и т.д.; - при наличии
напорных подземных вод или зон большой местной фильтрации грунтов.
163
Наиболее
проста
технология
работ
при
устройстве
противофильтрационных завес, которые обычно выполняют из монолитного
бетона, тяжелых, ломовых и твердых глин. Назначение завес - предохранение
плотин от проникновения воды за тело плотины. Противофильтрационная
завеса может быть применена при отрывке котлованов для предохранения их от
затопления подземными водами. Отпадает потребность в замораживании
грунта или понижении уровня грунтовых вод иглофильтровыми
понизительными установками. Завеса действует постоянно, в то время как
остальные методы используются только на период производства работ, хотя
грунтовые воды могут быть очень агрессивными. Работы по отрывке траншей,
как и производство последующих работ, в случае близкого расположения
фундаментов существующих зданий выполняют отдельными захватками,
обычно через одну, т.е. первая, третья, вторая, пятая, четвертая и т.д. Длину
захватки бетонирования назначают от 3 до 6 м и определяют по следующим
критериям: - условиям обеспечения устойчивости траншеи;
принятой
интенсивности бетонирования; - типу машин, разрабатывающих траншею; конструкции и назначению «стены в грунте».
Последовательность работ при устройстве монолитных конструкций
по способу «стена в грунте» (рис.10.121):
1) забуривание торцевых скважин на захватке;
2) разработка траншеи участками или последовательно на всю длину при
постоянном заполнении открытой полости бентонитовым раствором, с
ограничителями, разделяющими траншею на отдельные захватки;
3) монтаж на полностью отрытой захватке арматурных каркасов и
опускание на дно траншеи бетонолитных труб;
4) укладка бетонной смеси методом вертикально перемещаемой трубы с
вытеснением глинистого раствора в запасную емкость или на соседний,
разрабатываемый участок траншеи.
Арматура «стены в грунте» представляет собой пространственный каркас
из стали периодического профиля, который должен быть уже траншеи на 10 ...
12 см. Перед опусканием арматурных каркасов в траншею стержни
целесообразно смачивать водой для уменьшения толщины налипаемой
глинистой пленки и увеличения сцепления арматуры с бетоном.
164
Рис. 10.121. Технологическая схема устройства «стены в грунте»:
1 - устройство форшахты (укрепление верха траншеи);2 - рытье
траншеи на длину захватки; 3 - установка ограничителей (перемычек между
захватками);4 - монтаж арматурных каркасов; 5 - бетонирование на
захватке методом вертикально перемещаемой трубы.
Бетонирование осуществляют методом вертикально перемещаемой трубы
с непрерывной укладкой бетонной смеси и равномерным заполнением ею всей
захватки снизу вверх. Бетонолитные трубы - металлические трубы диаметром
250 ... 300 мм, толщина стенок 8 ... 10 мм, горловина - на объем трубы, съемный
клапан ниже горловины, пыжи из мешковины.
Ограничители размеров захватки:
- при глубине траншеи до 15 м применяют трубы диаметром, меньшим
ширины траншеи на 30 ... 50 мм; их извлекают через 3 ... 5 ч после окончания
бетонирования на захватке, и образовавшаяся полость сразу заполняется
бетонной смесью;
- при глубине траншеи до 30 м устанавливают ограничитель в виде
стального листа, который приваривают к арматурному каркасу. При
необходимости лист усиливается приваркой швеллеров.
При длине захватки более 3 м бетонирование обычно осуществляют через
две бетонолитные трубы одновременно. Для повышения пластичности бетона и
его удобоукладываемости применяют пластифицирующие добавки - спиртовую
барду, суперпластификаторы.
Перерывы в бетонировании - до 1,5 ч летом и до 30 мин - зимой.
Бетонную смесь укладывают до уровня, превышающего высоту
конструкции на 10 ... 15 см для последующего удаления слоя бетона,
загрязненного глинистыми частицами. При использовании виброуплотнения
вибраторы укрепляют на нижнем конце бетонолитной трубы. При трубах
длиной до 20 м применяют один вибратор, длиной до 50 м - два вибратора.
Трубы на границе захваток обязательно извлекают. Раннее извлечение
приводит к разрушению кромок образовавшейся сферической оболочки, что
нежелательно, а позднее приводит к защемлению трубы между бетоном и
землей, и требуются значительные усилия для ее извлечения. Поэтому часто
вместо труб ставят неизвлекаемые перемычки из листового железа, швеллеров
или двутавров, обязательно привариваемых к арматурным каркасам
сооружения.
Иногда для предохранения устья траншеи от разрушения и осыпания
устраивают из сборных элементов или металла форшахты - оголовки траншей
глубиной до 1 м для усиления верхних слоев грунта, или это траншея с
укрепленными на глубину до 1 м верхними частями стенок.
Недостатки технологии «стена в грунте»: ухудшается сцепление
арматуры с бетоном, так как на поверхность арматуры налипают частицы
165
глинистого раствора; много сложностей возникает при ведении работ в зимнее
время, поэтому, когда позволяют условия, используют сборный и сборномонолитные варианты.
Применение
сборного
железобетона
позволяет:повысить
индустриальность производства работ;- применять конструкции рациональной
формы: пустотные, тавровые и двутавровые;- иметь гарантии качества
возведенного сооружения. Недостатки сборного железобетона: требуется
специальная технологическая оснастка для изготовления изделий, каждый раз
индивидуального сечения и длины; сложность транспортирования изделий на
строительную площадку; требуются мощные монтажные краны; стоимость
сборного железобетона значительно выше, чем монолитного. Вертикальные
зазоры между сборными элементами заполняются цементным раствором при
сухом способе производства работ. При мокром способе наружную пазуху
траншеи заполняют цементно-песчаным раствором, а внутреннюю - песчаногравийной смесью. Наружное заполнение в дальнейшем будет служить в
качестве гидроизоляции. Применяют два варианта сборно-монолитного
решения: нижняя часть сооружения до определенного уровня состоит из
монолитного бетона, вышележащие конструкции - из сборных элементов;
сборные элементы применяют в виде опалубки-облицовки, которую
устанавливают к внутренней поверхности траншеи, наружная полость
заполняется монолитным бетоном. При строительстве туннелей и замкнутых в
плане сооружений после устройства наружных стен грунт извлекается из
внутренней части сооружения и его отвозят в отвал, днище бетонируют или
устраивают фундаменты под внутренние конструкции сооружения.
Рис:10.12.2.
Вопросы для самоконтроля.
1.Дайте определение «стена в грунте».
2.Когда целесообразно применять сооружение «стена в грунте».
3. Когда не целесообразно применять сооружение «стена в грунте».
4.Какие материалы применяют для устройства сооружения сооружение
«стена в грунте».
5.Недостатки и преимущества устройства сооружения «стена в грунте».
166
ТЕМА 11
. ФУНДАМЕНТЫ ИЗ ОПУСКНЫХ КОЛОДЦЕВ.
11.1 Фундаменты глубокого заложения.
11.2 Типы колодцев и фундаментов.
11.3 Кесонный тип фундамента. Кессоны
Фундаменты глубокого заложения, по определению представляют собой
конструкции, опорные части которых закладываются на большой
глубине. Причинами этого, как правило являются значительные нагрузки от
сооружений, которые не могут быть восприняты слабыми поверхностными
слоями.
Подземные сооружения могут выполняться с вскрытием земной
поверхности и без него. Подземные сооружения открытого типа могут
возводиться в предварительно отрытом, на полную глубину котловане,
стены которого выполняются с откосами либо крепятся с помощью временного
ограждения (шпунт). Сооружения открытого типа также могут устраиваться
посредством опускания наращиваемых по высоте колодцев или оболочек,
играющих роль постоянного ограждения котлована. Разделяют следующие
виды:
- Опускные колодцы;
- Кессоны;
- Тонкостенные оболочки;
- Буровые опоры и фундаменты, возводимые методом «Стена в грунте»
Опускные колодцы - представляют собой замкнутую в плане и открытую
сверху и снизу полую конструкцию, бетонируемую или собираемую из
сборных элементов на поверхности грунта и погружаемую под действием
собственного веса или дополнительной пригрузки по мере разработки
грунта внутри нее. По мере погружения изнутри из колодца извлекается грунт.
Для этого могут применяться экскаваторы грейферного или другого типов,
167
иногда гидроразмыв грунта. После опускания колодца до заданной отметки его
внутренняя полость частично или полностью заполняется бетоном. Опускной
колодец может быть использован для устройства заглубленных в грунт
помещений.
Кессон – это опрокинутый вверх дном ящик, образующий камеру, в
которую нагнетается под давлением воздух таким образом, чтобы
выдавить всю воду и осушить разрабатываемый грунт. Этот способ более
сложен и дорог, чем применение опускного колодца, но он позволяет
"добраться" до разрабатываемого грунта вручную. После окончания опускания
кессона его камера заполняется бетоном.
Фундаменты глубокого заложения могут быть выполнены в виде
тонкостенных оболочек (это пустотелые железобетонные цилиндры
диаметром 1-3 м. Толщина стенки - 12 см, секция имеет длину 6-12 м, по
мере необходимости секции наращиваются) или буровых опор - это бетонные
столбы, устраиваемые в пробуренных скважинах, то есть набивные сваи
большого диаметра.
11.1 ТИПЫ КОЛОДЦЕВ И ФУНДАМЕНТОВ
Опускным колодцем называют открытую сверху и снизу полую
конструкцию произвольного в плане очертания, погружаемую под
воздействием собственного веса или дополнительных нагрузок по мере
удаления из нее грунта.
Конструкция опускного колодца:
/ — стена колодца; 2 — ножевая часть колодца; 3 — днище колодца; 4 гидроизоляция;
5 — водозащитная подушка 6 — верхняя плита
168
Рис:11.123.
Рис:11.124.
Применяемые в отечественной и зарубежной практике опускные колодцы
и фундаменты из них можно классифицировать по:
материалам — бетонные, железобетонные, металлические;
способу изготовления — монолитные, бетонируемые на месте их
опускания в грунт; сборные, монтируемые на месте погружения из заранее
заготовленных блоков; сборно-монолитные из сборных элементов,
заполняемые бетонной смесью по мере опускания в грунт;
месту опускания — опускаемые в пределах суходолов с поверхности
грунта; в пределах акватория с искусственных островков, подмостей или на
плаву;
способы погружения — опускаемые под действием собственного веса;
принудительно погружаемые с помощью пригруза или вибропогружателей;
форме колодца в плане; числу и расположению колодца в плане фундамента;
расположению верхней плиты колодца относительно уровней воды и
ледохода.
По типу конструкции применяют опускные колодцы с толстыми и
тонкими стенами. Толстостенные конструкции подразделяют на массивные
169
(рис.11.124., а), имеющие стены сплошного сечения, пустотелые с полыми
стенами (рис,) и тонкостенные (рис: 11.123.,).
Бетонные и железобетонные колодцы по конструкции, технологии
изготовления и опускания в грунты имеют много общего. Различие между ними
заключается в расходе материалов. По сравнению с бетонными на
железобетонные колодцы расходуют в 2—5 раз меньше бетона, на 40—80 %
меньше стали, чем на металлические.
Расход бетона в общем объеме кладки фундаментов изменяется от 10 %
для колодцев-оболочек, заполняемых сплошь бетоном, до 90 % для
тонкостенных колодцев без бетонного заполнителя.
Расход арматурной стали на 1 м3 кладки колодцев изменяется от 50 кг
для массивных конструкций до 300 кг для колодцев-оболочек,
принудительно опускаемых в грунт. В гражданском строительстве с помощью
опускных колодцев возводят подвальные этажи высотных зданий, насосные
станции, отстойники емкости. Подмыв массивных колодцев снижает трение
стенок о грунт до 25%.
В фундаментах мостов применяют преимущественно железобетонные
колодцы; бетонные колодцы используют для фундаментов площадью до
нескольких десятков квадратных метров при глубине заложения до 20 м.
При небольших объемах работ монолитные, бетонируемые на месте
опускания колодцы применяются более часто. Размеры опускных колодцев
унифицированы. Размеры сторон в плане круглых либо прямоугольных
колодцев, м: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 36, 42, 48, 54,.60. Высоту
(глубину) опускных колодцев принимают кратной 1 м, высоту консоли ножа I
— кратной 0,2 м.
Рекомендуемая толщина стен, м: в монолитных конструкциях — 0,2; 0,3;
0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; из сборных блоков — от 0,3 до
2,5, определяется номенклатурой блоков.
Ширину сборных блоков с учетом стыков принимают кратной л.
Из металлических (стальных) колодцев возводят фундаменты,
расположенные преимущественно в пределах глубоких водоемов. Стальные
колодцы являются наиболее универсальными и самыми дорогими
конструкциями фундаментов. Из-за большого расхода стали, трудоемкости
изготовления и сложности монтажа такие колодцы применяют в виде
исключения.
По характерным особенностям конструкций металлические колодцы
можно подразделить на трубчатые (рис.11.126. а. б, с полыми стенами ( в) и
комбинированные.
Исходные данные для проектирования включают в себя: сведения об
инженерно-геологических условиях площадки для возведения опускного
колодца; результаты определений физико-механических характеристик
слагающих строительную площадку грунтов; сведения о функциональном
назначении опускного колодца и нагрузках, действующих на колодец в период
эксплуатации; сведения о геометрических параметрах и характере
170
оборудования, устанавливаемого в колодце; данные о возможных вариантах
конструктивного решения и материалах для конструкций колодца.
Рис:11.125.
Опускной колодец, используемый в качестве фундамента, рассчитывается
по двум группам предельных состояний на действие строительных нагрузок,
проявляющихся в период изготовления и погружения колодца, и на действие
эксплуатационных нагрузок.
171
Рис:11.12.6.
1—бетонные стены; 2—стальные стены; 3—бетонный заполнитель; 4—
железобетонные стены
Рис:11.12.7.
11.2 Кессонный
преимущества.
(пирсовый)
фундамент–типы,
конструкция
и
Кессоны применяются как фундаменты для устройства в водоносных
грунтах на суше или на местности, покрытой водой, глубоких фундаментов под
тяжелое промышленное оборудование (тяжелые молоты, крупные прессы и др.)
и подземныых ( опускных сооружений — насосных станций и водозаборов,
172
цехов крупного дробления руды и т. п. Кессоны— это глубокие фундаменты
камеры которых входят в состав возводимых сооружений (опор мостов,
водоприёмных колодцев и насосных станций, подземных хранилищ, которые
устраиваются в водоносных грунтах на суше или на местности покрытой водой
под тяжёлое оборудование и подземных (опускных сооружений) –насосных
станций и водозаборов. Если кессоны — это фундаменты, то в качестве
основания под них целесообразно выбирать скальные и полускальные породы
или малосжимаемые грунты, если они залегают на глубине меньшей, чем 35-40
м от уровня воды. Кессоны применяют при ремонтных работах под водой.
Кессон состоит из: кессонной камеры, шлюзового аппарата и шахтных труб.
Камеры устраиваются преимущественно железобетонными. Шлюзовой аппарат
и трубы – стальными.
Буронабивные фундаменты
Бетонные кессоны
Процесс строительства кессонов
Буровые опоры с прямым валом (кессоны)
A- кессон фундамент, также называемый фундаментом пирса – это
водонепроницаемая подпорная конструкция, используемая в качестве
мостового пирса, при строительстве бетонной плотины или для ремонта судов.
Он представляет собой сборный полый ящик или цилиндр, погруженный
в землю на необходимую глубину и затем заполненный бетоном, образуя таким
образом фундамент.
С-Кессон чаще всего используется при строительстве мостовых опор и
других сооружений, требующих фундамента под реками и другими водоемами.
Это связано с тем, что кессоны могут быть доставлены на место строительства
и погружены в воду.
Кессонные фундаменты по форме похожи на свайные, но
устанавливаются по другому методу. Он используется, когда грунт с
достаточной несущей способностью находится под поверхностными слоями
слабых материалов, таких как отсыпка или торф. Это форма глубокого
фундамента, который строится выше уровня земли, а затем опускается до
требуемого уровня путем выемки или вычерпывания материала изнутри
кессона.
Кессоны (также иногда называемые «пирсами») создаются путем
выкапывания глубокого отверстия в земле, а затем заполняются бетоном.
Иногда на части длины кессона используется стальная арматура.
Кессоны бурят либо до коренных пород (так называемые «скальные
кессоны»), либо глубоко в толщу грунта, если инженер-геотехник считает, что
грунт пригоден для восприятия нагрузки здания.
Когда кессоны опираются на почву, их обычно «бурят» в нижней части,
чтобы распределить нагрузку на большую площадь. Для извлечения грунта для
таких кессонов используются специальные буровые коронки.
Кессонные фундаменты воспринимают нагрузку здания на свои нижние
концы, которые часто имеют колоколообразную форму.
173
Функции кессонного фундамента
Фундаментная система и грунты под зданием препятствуют
вертикальному перемещению комплекса. Когда нагрузка ложится на почву,
большинство грунтов оседает. Это создает проблему, когда здание оседает, а
инженерные коммуникации – нет.
Еще более критичным, чем оседание, является дифференциальное
оседание. Это происходит, когда части вашего здания оседают с разной
скоростью, что приводит к образованию трещин, некоторые из которых могут
нарушить структурную целостность здания.
И наоборот, в некоторых редких случаях почва может вспучиваться,
выталкивая здание вверх и приводя к аналогичным проблемам. Поэтому
фундаментная система должна работать в тандеме с грунтами, чтобы
поддерживать здание.
Расчеты фундаментов на эксплуатационные нагрузки необходимо
производить: по прочности, а для фундаментов из железобетона и по
трещиностойкости конструкций; по несущей способности оснований;
по деформациям оснований и фундаментов с определением их осадок и
горизонтальных смещений верха опор.
В зависимости от скорости течения и направления водотока колодцам
придают круглое, овальное или прямоугольное с закруглениями очертание в
плане.
Типы кессонных фундаментов
Коробчатые кессоны
Выкопанные кессоны
Плавающие кессоны
Открытые кессоны
Пневматические кессоны
Листовые кессоны
11.3 Коробчатые кессоны это водонепроницаемые ящики, построенные
из тяжелых бревен и открытые сверху. Обычно их доставляют на плаву в
соответствующее место, а затем опускают на место, устанавливая в них пирс из
каменной кладки.
Выкопанные кессоны это, как следует из названия, кессоны, которые
устанавливаются в вырытом котловане. Обычно они имеют цилиндрическую
форму, а затем заполняются бетоном.
Плавучие кессоны также известны как плавучие доки и представляют
собой сборные коробки с цилиндрическими полостями.
174
Рис:11.128.
Открытые кессоны – это небольшие кессоны, которые устанавливаются,
а затем откачиваются насухо и заполняются бетоном. Они обычно
используются при формировании пирса.
Пневматические кессоны это большие водонепроницаемые коробки или
цилиндры, которые в основном используются для строительства под водой.
Преимущества и недостатки кессонов:
Преимущества кессонов:
Экономика
Минимизирует потребность в оголовке сваи
Немного меньше шума и меньше вибраций
Легко адаптируется к различным условиям стройплощадки
Высокая осевая и боковая нагрузочная способность
Недостатки кессонов:
Чрезвычайно чувствительны к строительным процедурам
Не подходит для загрязненных участков
Отсутствие строительной экспертизы
Отсутствие квалифицированных инспекторов
Буронабивные фундаменты
Буронабивной фундамент – это система глубокого заложения, которая
строится путем помещения свежего бетона и арматурной стали в пробуренную
шахту. Шахта сооружается роторным методом с использованием либо
автономной буровой установки, либо буровой установки, установленной на
кране.
Скважина продвигается через почву или скальную породу до нужного
несущего слоя. Временные или постоянные стальные оболочки могут
175
использоваться для поддержания сторон пробуренной выработки, если обвалы
грунта или инфильтрация воды становятся проблемой.
Буровые шахты могут использоваться для поддержания высоких осевых и
боковых нагрузок. Типичный диаметр ствола варьируется от 18 до 144 дюймов.
Буровые шахты (также называемые кессонами, буровыми опорами или
буронабивными сваями) зарекомендовали себя как экономически эффективная,
отлично работающая система глубокого фундамента, которая используется во
всем мире. Как правило, они используются для мостов и крупных сооружений,
где большие нагрузки и боковое сопротивление являются основными
факторами.
Бетонные кессоны
Отверстия диаметром 10″ или 12″ просверливаются в земле и внедряются
в коренные породы на 3-4 фута. Обычно используются для структурной
поддержки типа фундаментной стены, крыльца, патио, монопоста или другой
конструкции.
В отверстие вставляются две или более “палки” арматурных стержней
(арматуры), которые проходят по всей длине отверстия, а затем в кессон
заливается бетон. Кессон предназначен для опирания на нижележащий пласт
скальной породы или удовлетворительной почвы и используется, когда
существует неудовлетворительная почва.
Процесс строительства кессона
После некоторых начальных работ по изготовлению опалубки и заливки
бетона, в кессон вводится режущая кромка подплывает к волнолому на буксире
и крепится к кессону направляющая. Бетон укладывается (заливается) в
стальные формы, установленные по периметру коробки. С каждой укладкой
бетона коробка становится тяжелее и погружается в воду вдоль направляющей
кессона.
Формы также строятся внутри короба вокруг воздушные купола и бетон
укладывается между ними. Образовавшиеся открытые трубы над воздушными
куполами называются зем- снарядными скважинами.
Когда кессон наконец касается дна реки, воздушные купола удаляются, и
земля вынимается через длинные трубы дражных скважин, как показано на
анимации ниже. Кессон погружается на дно реки. Выемка грунта продолжается
до тех пор, пока кессон не погрузится на заданную глубину.
На заключительном этапе в нижние 30 футов полых дражных скважин
укладывается (заливается) бетон, а верхние части заделываются.
176
Рис:11.12.9.
Рис:11.13.0.
177
Рис:11.13.1.
Материал написан применительно к курсу «Основания и фундаменты»
для строительных специальностей. Этому курсу предшествовали дисциплины
инженерной геологии и механики грунтов.
Проектирование оснований и фундаментов многофакторная задача и для
здания можно предложить несколько типов фундаментов.
Задача стоит в нахождении оптимального проектного решения с
помощью ЭВМ расчётных программных средств.
Расчёт оснований и фундаментов ведется по двум группам предельных
состояний: по деформациям и по несущей способности.
При расчёте по первому предельному состоянию деформации основания
не рассматриваются. Используя принцип линейной деформируемости грунтов в
расчётах по деформациям приведет к ограничению давления по подошве
фундаментов величиной расчётного сопротивления грунтов. Которое меняется
в зависимости от формы подошвы фундаментов, их жёсткости и глубины
заложения, схемы приложения нагрузки и прочностных характеристик грунтов
основания фундамента.
Для повышения экономической эффективности проектирования
необходимо использовать новые методы расчёта оснований и фундаментов.
Проектирование фундаментов многофакторная задача для здания можно
предложить варианты типов фундаментов для данных грунтовых условий
строительной площадки и выбрать наиболее эффективный и надежный. Расчёт
ведётся по 2 группам предельных состояний. При расчёте по первому
предельному состоянию, деформации основания не рассматриваются. При
давлениях, превышающих расчётное сопротивление грунтов оснований
указанные методы расчёта не позволяют прогнозировать осадки зданий и
сооружений.
178
Тема 12
Геотехнический мониторинг в условиях строительства и
реконструкции зданий.
•
•
•
Геотехнический мониторинг. Цели и задачи.
Геотехнический мониторинг состав и его методы.
Состав наблюдений геомониторинга.
Геотехнический мониторинг – это система визуальных и
инструментальных наблюдений, в том числе автоматизированных, за
состоянием обследуемых строительных конструкций и оснований с измерением
строительно-технологических воздействий на них в процессе строительства и
эксплуатации объекта.
Как показывает практика, строительство, даже тщательно разработанный
проект и опыт строительной организации, еще не гарантируют стопроцентного
успеха при производстве работ. При устройстве оснований и фундаментов
часто возникают дополнительные факторы, неучтенные при проектировании
объекта. Это, как правило, неполное соответствие фактических данных
инженерно-геологических исследований расчетному напластованию и
полученных характеристик грунта; технологические особенности производства
работ; используемая строительная техника; субъективный человеческий фактор
и др. Неблагоприятное влияние каждого из перечисленных факторов или их
сочетание может привести к аварийным ситуациям в конструкциях
строящегося или эксплуатируемого объекта.
Цель геомониторинга - выявление неблагоприятных тенденций в период
строительства, так и в период эксплуатации для обеспечения качества как строительных конструкций, так и всего объекта в целом в соответствии с техническими регламентами.
Задача геомониторинга - регулярное отслеживание поведения
строящегося сооружения, окружающих зданий и их грунтового основания, а
также принятие мер по обеспечению дальнейшего безопасного строительства.
Геотехнический мониторинг необходимо проводить: в период строительства или реконструкции зданий и сооружений не менее чем 1 раз в год, а при
классах геотехнического риска строительства Н и У - 1 раз в 3 года после завершения и ввода в эксплуатацию.
Как правило, геотехнический мониторинг необходимо осуществлять в
случаях:
•
уникальных сооружений и I, II уровней ответственности,
возводимых в сложных грунтовых условиях (на основаниях III категории
сложности), а также в случае применения новых или недостаточно изученных
179
конструкций и технологий;
•
существующих сооружений всех уровней ответственности (за
исключением временных зданий), попадающих в зону влияния вновь
возводимых объектов по перечислению или оговоренных в специальном
техническом задании заказчика.
Геотехнический мониторинг состоит из:
•
объектного, включающего все виды наблюдений за состоянием
оснований, фундаментов и несущих конструкций самого объекта нового
строительства или реконструкции, окружающих его зданий и подземных
сооружений, а также объектов инфраструктуры;
•
геолого-гидрологического, включающего системы режимных
наблюдений за изменением состояния грунтов, уровней и состава подземных
вод, за развитием опасных геологических процессов (эрозии, оползней,
карстово- суффозионных явлений, оседания земной поверхности);
•
экологического, включающего системы наблюдений за изменением
состояния окружающей геологической среды и ее загрязнения;
•
аналитического, включающего анализ и оценку результатов
наблюдений, выполнение расчетных прогнозов, сравнение прогнозируемых
значений параметров с результатами измерений, разработку мероприятий по
предупреждению или устранению негативных последствий вредных
воздействий и недопущению увеличения интенсивности этих воздействий.
Основными методами геомониторинга являются наблюдение и
контроль за:
• раскрытием трещин в существующих зданиях;
•
вертикальными и горизонтальными деформациями строящихся
и существующих зданий и сооружений;
•
изменением напряженного состояния в массиве грунтов и
конструкциях зданий и сооружений;
•
фиксацией параметров колебаний конструкций и динамических
колебаний в грунте;
• изменением уровня подземных вод;
•
качеством выполнения сваебойных работ при устройстве забивных
свай и соблюдением технологического регламента при изготовлении свай в
грунте;
•
качеством выполнения монолитных бетонных и железобетонных
конструкций;
• качеством выполнения земляных работ.
Состав и объем геотехнического мониторинга должен назначаться в зависимости от конструктивных особенностей здания или сооружения, способа возведения, особенностей территорий, инженерно-геологических условий площадки, её удаленности от окружающей существующей застройки, требований эксплуатации.
В состав наблюдений, как правило, входит:
•
измерение напряжений оснований и деформаций фундаментов
конструкций надземной и подземной части (осадки, крены, горизонтальные
180
смещения и др.); фиксация и наблюдения во времени за раскрытием трещин;
измерение усилий в распорных и анкерных конструкциях; измерение уровня
колебаний фундаментов при наличии вибродинамических и потенциальных
сейсмических и техногенных воздействий и др.;
•
наблюдения за составом и режимом подземных вод; наблюдения за
развитием неблагоприятных инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни, оседание поверхности и др.), а также наблюдения за состоянием температурного, электрического и других физических полей, уровнем
загрязнения грунтов и подземных вод, газовыделением, радиационным излучением и т. д.;
•
обследование застройки и оснований на прилегающей к месту
строительства территории с постоянным последующим наблюдением за ними.
Объем работ по мониторингу зависит от сложности объекта и определяется программой работ. Техническое задание разрабатывается заказчиком совместно с исполнителем и утверждается заказчиком. Порядок согласования технического задания определяется для каждого объекта индивидуально.
Практика строительства показывает, что даже тщательно разработанный
проект и опыт производственной организации еще не гарантируют
абсолютного успеха при производстве работ. В процессе строительства и, в
частности, при устройстве оснований и фундаментов может возникнуть
большое число дополнительных факторов, трудно поддающихся учету. К ним
относятся: неполное соответствие реальных инженерно-геологических условий
расчетному геологическому напластованию, полученному при изысканиях;
технологические особенности производства работ и многое другое.
Выявить развитие неблагоприятных тенденций в период производства
работ нулевого цикла, возведения сооружения и в перный период его
эксплуатации позволяет регулярное инструментальное наблюдение и
оперативное
управление
ходом
работ
геотехнический
мониторинг(геомониторинг).
Задачей геомониторинга является регулярное отслеживание поведения
строящегося сооружения, окружающих зданий и их грунтового основания, а
также принятие мер по обеспечению дальнейшего безопасного строительства.
В зависимости от грунтовых и гидрогеологических условий площадки,
состояния конструкций окружающих зданий, применяемой технологии
производства работ нулевого цикла определяется зона действия
геомониторинга и намечается программа его проведения.
Программа включает в себя предмет мониторинга (за какими объектами
и какими методами ведется наблюдение), периодичность и сроки наблюдений,
вид представления материалов мониторинга и возможные действия при
озникновении неблагоприятных воздействий.
Основными методами геомониторинга являются:
-наблюдение за раскрытием трещин в существующих зданиях;
- наблюдение за вертикальными и горизонтальными деформациями
- конструкций строящихся и существующих зданий и сооружений;
- определение изменения напряженного состояния в массиве грунтов и
181
- конструкциях наблюдаемых зданий и сооружений;
-фиксация параметров колебаний конструкций наблюдаемых объектов и
- возникающих динамических колебаний в грунте; контроль за
изменением уровня подземных вод;
- контроль за качеством выполнения сваебойных работ и изготовлении
свай в грунте.
Литература
1. Основания и фундаменты: Справочник /Г.И. Швецов, И.В.Носков,
А.Д.Слободян, Г.С.Госькова; Под ред. Г.И.Швецова. - М.: Высш, шк., 1991. 38с.
2. СНиП 2.02.01.-83. Основания зданий и сооружений. Нормы
проектирования. - М.:СП 20.13330.2011 Нагрузки и воздействия.
Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*/Министерство регионального
развития России. - М., 2011.
3. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений».
Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*/. Министерство регионального
развития России. - М., 2011.
4. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная
редакция СНиП 5.02.03-85 (с Изменением 1). Министерство регионального
развития России. - М., 2011.
5. СП 131.13330.2012. Строительная климатология. Актуализированная
редакция СНиП 23-01-99*/Министерство регионального развития России. - М.,
2012.
6. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и
фундаментов зданий и сооружений. - М., 2004.
7. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП
8.02.01-83). -М., 1986.
9. Веселов В.А. Проектирование оснований и фундаментов (основы
теории и примеры расчёта): Учебное пособие для вузов. - М.: Стройиздат, 1990.
10. Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений:
Учебное пособие для вузов. /Б.И. Далматов и др. - М.: Высш. шк., 1986.
11. Геотехника фундаментостроения и грунтоустойчивости : монография
/ Л. М. Борозенец. - Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2021. - 596 с
Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник / М55 С. Б. Ухов и
др., М., 1994.,.
13. Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений
:Учеб./Под ред.Б.И.Далматова;3-е изд.–М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПб ГАСУ,
2006. .–Пособие –428с.; ил. I5-93093-008-2 SBN
14. Механика грунтов, основания и фундаменты : учебное пособие П.В.
Шведовский. П.С. Пойта. Д.Н. Клебанюк.—Москва; Вологда: ИнфраИнженерия, 2022.-676 с
15.Механика грунтов, основания и фундаменты : учебное пособие / П. В.
182
Шведовский, П. С. Пойта, Д. Н. Клебанюк. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. - 676 с.ил., табл.
15ВХ 978-5-9729-0767-0
183