Фундаменти мілкого закладення

1. Конструкції фундаментів мілкого закладення. Фундаменти мілкого закладення влаштовують у відкритих котлованах або в порожнинах заданої форми. В загальному випадку фундаменти мілкого закладення можна класифікувати таким чином

С товпчаті фундаменти під стіни. Такі фундаменти застосовують при невеликих навантаженнях. На обрізи фундаментів чи бетонні стовпчики кладуть фундаментні балки для опирання на них надземних констру-кцій (рис. 10.1). Фундаменти можуть виготовлятися збірними, монолітними чи збірно-монолітними.

Cтрічкові фундаменти під стіни. Такі фундаменти виготовляють збірними, монолітними чи збірно-монолітними. Збірні фундаменти складаються з залізобетонних плит, на які опирається фундаментна стіна з бетонних блоків (рис. 10.2).

Фундаментні плити, як правило, виготовляють за ГОСТ 13580-85 [5]. Ширина плит складає 600, 800, 1000, 1200, 1400, 1600, 2000, 2400, 2800 і 3200мм, довжина - 780, 1180, 2380 та 2980мм. Армування ро-зраховано (для стін товщиною 160 мм) на тиск під підошвою: 1-а група - до 0,15мПа; 2-а група - до 0,25мПа; 3-а група - до 0,35мПа; 4-а група - до 0,45мПа.

П лити позначаються буквами ФЛ і числами, що характеризують (в дециметрах) ширину, довжину плити та її групу за несучою здатністю. Наприклад, ФЛ 20.12-4 - фундаментна плита шириною 2м, довжиною 1,18м, розрахована на середній тиск під підошвою до 0,45мПа.

Фундаментні блоки виготовляють за ГОСТ 13579-78 [4] шириною 300, 400, 500, 600мм, висотою 290 і 580мм, довжиною 880, 1180 і 2380мм. Маркування блоків: ФБС - “фундаментний блок суцільний”, перша цифра - довжина, друга - ширина, третя - висота (в дециметрах), буква після цифр - вид бетону. Наприклад, ФБС 12.4.6-Т - фундаментний блок суцільний довжиною 1180, шириною 400, висотою 580мм, виготовлений з важкого бетону. Випускають також ФБП - “фундаментні блоки пустотілі”.

Просторова жорсткість збірних фундаментів забезпечуєть-ся шляхом перев’язки стінових блоків. Блоки монтують з перев’язкою вертикальних швів не менше 0,4 висоти блоку, а в складних інженерно-геологічних умовах - не менше висоти.

Cтовпчасті фундаменти під колони (рис. 10.3). Вони виготовляються збірними, монолітними або збірно-монолітними і приймаються за діючими серіями або проектуються індивідуально. В останньому випадку, для можливості використання інвентарної опалубки, розміри фундаментів у плані та їх висоту приймають кратними 300мм, висоту ступенів - 150мм.

Для колон промислових будівель розроблені серії монолітних фундаментів 1.412 - 1/77 та 1.412 - 2/77, для багатоповерхових виробничих і громадських будинків - серія 1.412-3/79.

C трічкові фундаменти під колони і плитні фундаменти. Ці види фундаментів використовують для зменшення нерівномірності деформацій будівель на слабких, просідаючих або набухаючих грунтах, у сейсмічних районах, на територіях з підземними виробітками, при карстових явищах.

Стрічкові фундаменти влаштовують у вигляді одинарних або перехресних полос, плитні фундаменти - під всією будівлею.

Ц е стосується всіх типів фундаментів!!! Під монолітними фундаментами влаштовують переважно бетонну підготовку товщиною 100мм з бетону класу В5 (щоб під час монолі-чення цементне молоко не витікало в грунт), під збірними – підго-товку із щебеню або піску такої ж товщини (для вирівнювання дна котлована). При наявності агресивних грунтових вод захищають тіло фундаментів від їх впливу. Для цього щебеневу чи бетонну підготовку і бічну поверхню фундамента покривають бітумом чи іншим ізоляційним матеріалом.

Якщо грунтові води залягають нижче підлоги підвалу, то влаштовують капілярну ізоляцію для попередження попадання капілярної води в підвал. Найпоширеніший вид такої ізоляції показано на рис. 10.4.

При наявності грунтових вод вище підлоги підвалу передбачають виготовлення гідроізоляції або пристінного дренажу.

2. Послідовність проектування фундаментів мілкого закладення. Основи та фундаменти мілкого закладення проектують у такій послідовності:

1. Вивчають конструктивну схему будівлі і визначають навантаження на фундаменти.

2. Аналізують грунтові умови будівельного майданчика.

3. Вибирають тип фундаменту (стрічковий, стовпатий, плитний).

4. Призначають глибину закладання фундаменту.

5. Визначають розміри підошви фундаменту.

6. При необхідності намічають заходи по ущільненню або закріпленню слабких чи структурно-нестійких грунтів

7. При необхідності виконують розрахунки основ за несучою здатністю.

9. Розраховують деформації основ і фундаментів.

8. Проектують і розраховують тіло фундаменту.

3. Глибина закладення фундаментів. Глибина закладення фундаменту - це відстань по вертикалі від його підошви до рівня планування поверхні грунту. Глибина закладення приймається з урахуванням таких основних факторів:

Призначення та конструктивних особливостей будівлі - наявність підземних поверхів і комунікацій, підвалу тощо (якщо генеральний план мікрорайону розроблено (червона відмітка задана) і є потреба у влаштуванні підземних поверхів і комунікацій, підвалу).

Інженерно-геологічних умов будівельної ділянки. В деяких випадках буває більш доцільним прорізати фундаментами непридатні грунти і передавати навантаження на підстилаючі надійні основи (якщо генеральний план мікрорайону розроблено, то доцільною інколи є прорізка слабких грунтів).

Г ідрогеологічних умов будмайданчика. При високому рівні грунтових вод необхідно влаштовувати гідроізоляцію підвальних приміщень, відмовлятися від них або виконувати підсипку території для запобігання будівництва під водою.

Іcнуючого та проектного рельєфів території, яка забудовується. При плануванні грунту підсипкою фундаменти найчастіше опирають на природні основи. Глибина закладення фундаментів при цьому збільшується.

Глибини закладення фундаментів сусідніх будівель. Різниця відміток підошви фундаментів (рис. 10.5) при відстані між їх сторонами не повинна перевищувати

, де (10.1)

- середній тиск під підошвою розміщеною вище фундаменту.

6. Глибини сезонного промерзання здимальних грунтів. До здимальних відносяться грунти, які при промерзанні збільшуються в об’ємі, а при відтаненні зменшуються. Зміна об’єму грунтів призводить, як правило, до нерівномірних деформацій будівель і споруд, що викликає часто появу тріщин. Процес здимання залежить від виду грунтів та рівня грунтових вод. Один і той же грунт у різних гідрологічних умовах може відноситись до здимального чи, навпаки, нездимального. Глибину закладення фундаментів визначають за табл. 2 СНиП 2.02.01-83 [24] залежно від виду грунтів та глибини залягання підземних вод.

Глибина закладення фундаментів у здимальних грунтах повинна бути не меншою за розрахункову глибину їх сезонного промерзання. Глибина промерзання інших грунтів не впливає на величину .

Розрахункова глибина промерзання грунту визначається за формулою

, де (10.2)

- коефіцієнт, що враховує тепловий режим будівлі і визначається за табл.1 [24], (для неопалюваних будівель ); - нормативна глибина промерзання (визначається за будівельними нормами з кліматології і геофізики або за схематичними картами (див., наприклад, “Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений” [22]).

4. Визначення розмірів підошви фундаментів. Розміри підошви фундаментів назначають таким чином, щоб тиск під підошвою не перевищував розрахункового опору грунту ( - це максимальний тиск, при якому умовно ще зберігається лінійна залежність між осіданням фундаменту і тиском (див. рис. 7.2 і п.8.2). Розрахунковий опір грунту визначається за формулою (8.12) (формула (7) [24]) і залежить, крім інших факторів, також від ширини підошви фундаменту .

Забезпечити виконання умови можна таким чином. Задаються розмірами підошви фундаменту, визначають , і порівнюють ці величини. Якщо , то збільшують розміри підошви, а якщо значно менше , то зменшують ці розміри і повторюють визначення , і їх порівняння. Таким чином, за декілька простих обчислень можна визначити необхідні розміри підошви фундаментів.

Н а практиці найчастіше використовують дещо інший підхід. Розглянемо стовпчастий фундамент (рис. 10.6).

Cередній тиск під підошвою фундаменту становить

, де (10.3)

- вага фундаменту і грунту на його обрізах; - площа підошви фундаменту.

Прирівняємо до і розв‘яжемо рівняння (10.3) відносно прийнявши до уваги, що ( - усереднена вага матеріалу фундаменту і грунту на його обрізах кН/м³) отримаємо

(10.4)

В останньому виразі 2 невідомих: i . Тому спочатку задають, прийнявши його рівним (наближене табличне значення , визначене за додатком 3 [24] при b=1м i d=2м). Потім визначають і задаються розмірами підошви. Для центрально завантажених фундаментів приймають квадратну підошву, а для позацентрово завантажених – прямокутну, розвинуту у напрямку дії згинального моменту. Потім визначають і перевіряють виконання умов:

для центрально завантаженого фундаменту (рис.10.7)

(10.5)

для позацентрово завантаженого в одній площині (рис.10.8)

(10.6)

Попередня ширина стрічкових фундаментів визначається за формулою

, де (10.8)

- погонне навантаження на фундамент. Потім визначають і перевіряють виконання умови

(10.9)

Якщо:

- в основі фундаменту залягає грунт з розрахунковим опором кПа;

- проектується будівля з мостовими кранами вантажопідйомністю ≥75т;

- проектується відкрита кранова естакада при кранах вантажопідйомністю ≥15т;

- проектується споруда баштового типу (димова труба, силос),

то недопускається відрив підошви фундаменту від грунту основи і епюра тиску повинна бути трапецієподібна із співвідношенням .

5. Визначення осідань фундаментів. При збільшенні навантажень, що передаються на грунт, у ньому будуть послідовно виникати такі види деформацій: пружні, деформації ущільнення, пластичні.

Д о появи пластичних деформацій або при незначній величині останніх, залежність між осіданнями фундаменту і тиском на його підошві буде приблизно лінійною (рис. 7.2). В цій області для визначення деформацій можна використовувати лінійні залежності. Для цього необхідно призначити такі розміри підошви фундаменту, щоб тиск не перевищував розрахункового опору грунту .

В даний час для визначення осідань фундаментів найчастіше використовують метод пошарового підсумовування. Розглянемо одномірну задачу ущільнення. На поверхню грунту товщиною , що розміщений на нестисливій основі, передається необмежений в плані тиск (рис. 10.10). В цьому випадку грунт буде деформуватись тільки у вертикальному напрямку без можливості бічного розширення. Осідання шару грунту складе

, де (10.14)

- модуль деформації грунту; - безрозмірний коефіцієнт.

Оскільки з глибиною додаткові напруження зменшуються, то вираз (10.14) можна використовувати для визначення осідань фундаментів тільки при відносно незначній товщині стисливого грунту. Зміну напружень можна врахувати, якщо стисливу товщу розділити на окремі шари товщиною , у межах яких приймати додаткові напруження постійними (рис. 10.11). Тоді вираз (10.14) прийме такий вид

, де (10.15)

- число шарів, на які розділяється стислива товща грунту; - модуль деформації і-го шару грунту; - середні значення додаткових напружень в і-му шарі.

Оскільки реальні фундаменти заглиблені в грунт, то визначається за виразом (див. п. 7.9), де .

Деформації грунту враховують до глибини , на якій виконується умова , а в сильностисливих грунтах ( мПа) . Товща грунту в межах глибини називається стисливою.

Метод пошарового підсумовування використовують в усіх випадках за виключенням таких:

1. В межах стисливої товщі основи знаходиться шар грунту з модулем деформації мПа і товщиною , яка задовільняє умові

, де (10.16)

- модуль деформації грунту, що розміщений під шаром з .

2. Ширина фундаменту м і модуль деформації грунтів основи мПа.

В цих двох випадках використовують схему основи у вигляді лінійно-деформованого шару (див. ст. 142 [19]). При розрахунках осідань основ фундаментів також використовують метод еквівалентного шару (див. ст. 140 [19]).