Часть II

Основания и фундаменты

Главы ф.1-ф.21

Ф.1. Общие сведения*

Ф.1.1. Что называется основанием зданий и сооружений?

Основанием зданий и сооружений называется массив грунта, находящийся ниже подошвы их фундаментов и воспринимающий нагрузку от фундаментов и надземных конструкций.

Ф.1.2. На какие виды можно подразделить основания?

Основания можно подразделить на нескальные и скальные. Нескальные основания представляют собой массивы, сложенные крупнообломочными, песчаными и пылевато-глинистыми грунтами. Крупнообломочные и песчаные грунты, не имеющие структурных связей, называются сыпучими грунтами.

Скальные основания сложены магматическими, метаморфическими и осадочными грунтами, прочность которых на одноосное сжатие изменяется от 5 до 50 МПа.

Ф.1.3. Можно ли с помощью классификационных показателей оценить прочность и сжимаемость нескальных грунтов основания?

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу и по степени влажности.

К крупнообломочным относятся грунты, у которых частицы диаметром более 2 мм составляют 50 % и более. Частицы песчаных грунтов имеют диаметр менее 2 мм. По ГОСТу [9] песчаные грунты подразделяются на: песок гравелистый, песок крупный, песок средней крупности, песок мелкий и песок пылеватый.

Вторым классификационным показателем для песчаных грунтов является коэффициент пористости, который характеризует плотность сложения. По плотности сложения различают пески плотные, средней плотности и рыхлые. По величине коэффициента пористости во многом можно судить и о прочности песчаного основания. При 0,5  e  0,6 песок является хорошим основанием, а при e > 0,7 основание в естественном состоянии обладает значительной сжимаемостью.

Третьим классификационным показателем крупнообломочных и песчаных грунтов является степень влажности S_r. По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются на маловлажные (0 < S_r  0,5), влажные (0,5 < S_r  0,8) и насыщенные водой (0,8 < S_r  1).

Поэтому, если в основании залегают песчаные грунты, то их полное наименование определяется тремя классификационными показателями. Например, по результатам гранулометрического анализа песок отнесен к категории песка мелкого. Если теперь известно, что e = 0,6 и S_r =0,7, то полным наименованием является: песок мелкий, плотный, влажный.

Нескальные основания, сложенные пылевато-глинистыми грунтами (супеси, суглинки и глины), обладают большими специфическими особенностями по сравнению с песчаными. Наличие органических веществ, солей, карбонатов, минералов монтмориллонита и каолинита в глинистых грунтах вызывает при замачивании явления просадки или набухания.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I_p, и показателю текучести I_L. По числу пластичности различают следующие пылевато-глинистые грунты: супеси (1 I_p  7), суглинки (7 <I_p  17) и глины (17 < I_p). Показатель текучести I_L характеризует консистенцию глинистого грунта. По его величине можно косвенно определить и степень сжимаемости основания. Например, если в основании залегают глинистые грунты с показателем текучести I_L  0, то данный слой грунта обладает низкой сжимаемостью. Значение I_L  0,75 говорит о повышенной сжимаемости основания.

Наихудшим видом основания являются илы и заторфованные грунты. Лессовые грунты в маловлажном состоянии могут служить хорошим основанием. Однако при замачивании водой они дают просадку.

Ф.1.4. Чем отличаются естественные и искусственные основания?

Основание, сложенное грунтами в естественном неизмененном природном состоянии, называется естественным основанием. Если естественное основание подвергалось каким-либо воздействиям с целью улучшения прочностных и деформационных свойств, то оно называется искусственным основанием.

Плотные песчаные грунты и пески средней плотности, глинистые твердые, полутвердые, тугопластичные грунты являются хорошим основанием и используются в качестве оснований обычно в естественном состоянии. Рыхлые пески, лессовые и набухающие грунты, илы и заторфованные грунты при определенных условиях проявляют специфические свойства, которые ухудшают их естественные (природные) прочностные и деформационные показатели. Поэтому подобные грунты искусственно улучшаются рядом способов: поверхностным и глубинным уплотнением, химическим закреплением, обжигом и т.д.

Ф.1.5. Для чего устраиваются фундаменты?

Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий или сооружений, а также оборудования на грунты основания. Фундаменты служат для более равномерного распределения нагрузок по поверхности основания и передачи таких давлений подошвой фундамента на грунты, которые не вызовут их разрушения или недопустимых деформаций.

Ф.1.6. Какие требования предъявляют к проектированию оснований и фундаментов?

При проектировании обязательно соблюдаются требования нормативных документов (СНиП) [1-8]. В нормах имеются положения обязательные и рекомендуемые. При проектировании следует обеспечить прочность зданий или сооружений, а также обеспечить удовлетворение технологических требований к ним, возможность их нормальной эксплуатации. Экономические требования сводятся к минимальной стоимости конструкций, устройства оснований, а также последующих ремонтных работ, и к сокращению сроков строительства.

Ф.1.7. Какая рекомендуется последовательность проектирования оснований и фундаментов?

Рекомендуется такая последовательность:

1. Оценить результаты инженерно-геологических изысканий, их достаточность для проектируемого объекта, их качество.

2. Провести анализ проектируемого здания или сооружения с точки зрения его чувствительности к деформациям, особенно неравномерным, и его общей устойчивости.

3. Оценить местоположение застройки с точки зрения рельефа местности, расположенных рядом других зданий и сооружений  существующих и проектируемых, наличия подземных коммуникаций, транспортного подъезда.

4. Произвести определение действующих нагрузок от конструкций и оборудования на основание: вертикальных, в том числе снеговых и горизонтальных (ветровых, а также возникающих вследствие перепада уровня при осуществлении заглубленных подвальных этажей, уклона рельефа и т.д.) и особых (например, в сейсмоопасных районах или возможного нарушения технологического процесса).

5. Наметить возможные варианты фундаментов  два, три, которые в дальнейшем будут разрабатываться.

6. Произвести необходимые расчеты в соответствии с требованиями действующих норм (СНиП и др.).

7. Оценить стоимость разрабатываемых вариантов фундаментов и произвести их технико-экономическое сопоставление.

Ф.1.8. Какие обстоятельства следует особо учитывать при выборе основания для здания или сооружения?

Особо следует учитывать наличие в основании линз слабых грунтов, резкого выклинивания пластов, карстовых полостей, сбросов, а также посторонних коммуникаций, старых горных выработок и др. Необходимо учитывать наличие существующих рядом зданий и сооружений, их подземный контур - глубину закладки и тип их фундаментов, время застройки в прошлом, состояние этих зданий и сооружений. Это особенно важно в условиях плотной городской застройки. Следует также учитывать рельеф местности, наличие оползневых явлений.

Ф.1.9. Какие можно предложить конкретные типы фундаментов и оснований?

Обычно сначала для зданий и сооружений рассматривается возможность применения фундаментов мелкого заложения, то есть фундаментов, устраиваемых в открытых котлованах. Затем рассматриваются свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения. Если не удается воспользоваться грунтами в основаниях в их естественном состоянии, то есть без улучшения строительных свойств, то прибегают к устройству искусственных оснований благодаря уплотнению грунтов, водопонижению, закреплению и др.

Ф.1.10. Какой процент от стоимости строительства обычно составляет стоимость фундаментов?

Стоимость фундаментов в среднем составляет 10-12 % от стоимости строительства, однако при сложных инженерно-геологических условиях она может быть существенно большей, достигая даже 30 % и более. Поэтому необходимо производить рациональное проектирование оснований и фундаментов с рассмотрением возможных вариантов и их последующим технико-экономическим сопоставлением. Следует принимать во внимание не только конструкцию фундаментов, но и технологию производства работ по их возведению.

Ф.1.11. Что служит основным стоимостным критерием при сопоставлении вариантов?

Основным стоимостным критерием при выборе проектного решения является показатель приведенных затрат. В него входят себестоимость устройства фундаментов, накладные расходы и дополнительные затраты, если работы ведутся в зимнее время, а также капитальные вложения в производственные фонды строительной индустрии. Натуральными показателями являются суммарные затраты труда и показатель расхода материалов.