1. Некоторые вопросы проектирования оснований и фундаментов

1.1 Основные понятия, определения. Виды фундаментов.

Фундаменты–это подземная (подводная) часть сооружения предназначенная для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. (рис1.1)

Рис 1.1 “Схема фундамента мелкого заложения”

1-фундамент, 2-основание, 3-подошва фундамента, 4-несущий слой грунта.

Основанием считают пласты грунта, расположенные ниже подошвы фундамента и в стороны от него, влияющие на его устойчивость и перемещение.

Нижняя плоскость, которой фундамент опирается на грунт, называется подошвой фундамента.

Слой, на который передается нагрузка называется несущим слоем грунта. Все остальные подстилающие.

d – расстояние от поверхности грунта до подошвы фундамента иначе называют (глубина заложения фундамента).

b-ширина фундамента.

Виды фундаментов.

Подразделяются на фундамент мелкого заложения и глубокого заложения.

1)мелкого заложения бывают отдельно стоящий, ленточный, плита – при их устройстве, отрывается котлован, яма или траншея на проектную глубину (1-5м). (рис 1.1)

2)фундамент глубокого заложения

а) б)

Рис 1.2 Фундаменты глубокого заложения а)свайные б) опускной колодец

Опускные колодцы в виде массивных фундаментов на естественном основание при их устройстве отрывка котлована не производится, а погружение их в грунт происходит под действием собственного веса.

Кессон –металлический или ж\б ящик, перевернутый вверх дном (им отжимаются грунтовые воды).

2. Предельные состояния оснований сооружений

При загрузке фундаментов в основании, состоящие из дисперсных грунтов, происходят деформации уплотнения, приводящие к осадке сооружений, а поскольку здание опирается на различные системы фундаментов, осадка под их отдельными частями будет неодинаковой, т.е. неравномерной.

От неравномерных осадок в несущих конструкциях могут возникнуть дополнительные усилия (неразрезные, рамные системы), которые могут привести к разрушению несущей конструкции.

Неравномерность осадок также не допустима по технологическим причинам (нарушается производственный цикл), а также по архитектурным соображениям (нарушается внешний облик сооружения).

В связи с этим в основу расчета оснований, положен расчет по второй группе предельных состояний, т.е. по деформациям.

Учитывая особенность взаимодействия сооружений с грунтом, СП предусматривает расчет по деформациям во всех случаях.

А по несущей способности в том случае еслина фундамент передаются значительные горизонтальные нагрузки, а также сейсмические воздействия. Если здание расположено на откосе или вблизи откоса –основание слагают скальные грунты.

1.3) Типы сооружений по жесткости и характер их деформаций.

Все здания и сооружения по жесткости подразделяются на:

- абсолютно жесткие.

- абсолютно гибкие.

- обладающие конечной жесткостью.

Абсолютно жесткие сооружения не искривляются. При неравномерной осадке они получают крен (поворот) , пример (домовые трубы, доменные печи)

Абсолютно гибкие, характеризуются тем, что во всех точках контакта с поверхностью грунта, они следуют с грунтом основанием (насыпи автомобильных и железных дорог)

Многие здания и сооружения обладают конечной жесткостью, при неравномерных осадках они могут искривляться.

Основными деформациями оснований является осадки и просадки.

Осадки – деформации грунта в результате уплотнения от внешней нагрузки и собственного веса грунта, без нарушения структуры грунта.

Просадки – быстроразвивающиеся осадки, вызванные изменением структуры грунта под влиянием внешних факторов, таких как: 1) при оттаивание вечномерзлого грунта, 2) при замачивание под нагрузкой, 3) лёссовые грунты.

В зависимости от характера неравномерных осадок и жесткости сооружений различают следующие формы деформаций рис 1.3

При выгибе – опасная зона верхняя.

При прогибе - опасная зона нижняя.

Перекос – когда на небольшом участке по длине здания развиваются неравномерные осадки при относительно вертикальном положение здание.

Крен-поворот, относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести подошвы фундамента.

Крен возможен при несимметричном загружении основания или несимметричном напластовании грунта.

Скручивание – развитие крена по длине здания в двух сечениях в противоположные стороны. Возможно искривления перекрытия в горизонтальном направление.

Горизонтальные перемещения – возникают при значительных горизонтальных нагрузках.

S-перемещение (осадка)

w- поворот (крен)

U- горизонтальное перемещение

1.4 Выбор типа и глубины заложения подошвы фун-та.

1.4.1 Факторы влияющие на глубину заложения.

Наиболее рациональными являются фун-ты на естественном основании. Когда с поверхности залегают слабые грунты, и передать нагрузку на естественное основание нет возможности, устраивают свайные фун-ты, глубокие опоры или искусственное основание.

Верхние слои грунта, как правило, сжимаемые с малой несущей способностью.

В результате ежегодного промерзания и оттаивания, увлажнения и высыхания грунт меняет свой объем, следовательно он подвергнут метеорологическим факторам. И при проектировании важным этапом является выбор несущего слоя грунта, который бы совместно с подстилающими слоями обеспечивал осадки в пределах допустимых значений.

Решая эти вопросы учитывают 3 факторы:

1. Инженерно-геологические условия площадки строительства

2. Климатические воздействия на верхние слои грунта

3. Особенности возводимых и существующих сооружений

1.4.2Инженерно-геологические условия площадки строительства.

Каждая площадка характеризуется индивидуальным напластованием грунтов. Используя материалы инженерно-геологических изысканий, показателей физико-механических св-в грунтов (влажность, плотность и тд) и по вычисляемым формулам дают точное наименование грунта по ГОСТу 25100-95. И определяют условное расчетное сопротивление R₀ по СНиПу 2.02.01-83 «Основания и фундаменты»

Т.о несущую способность грунта можно оценить по условному расчетному сопротивлению, и оценив его по слоям решаем вопрос несущего слоя грунта.

1.4.3Климатические воздействия на верхние слои грунта

В результате ежегодного промерзания , оттаивания, увлажнения и высыхания грунт, грунт меняет свой объем, а значит меняется прочность и деформативные свойства, кроме того грунт под фундаментом испытывает морозное пучение. Пучение - увеличение объема грунта при его промерзании в следствии миграции потока воды из нижележащих слоев.

Пучиноопасные грунты:

1. Пылевато-глинестые:

-супеси

-суглинки

-глины

2) пески мелкие

3) пески пылеватые

Непучинистые грунты:

1. Пески средней крупности

2. Пески крупные

3. Пески гравелистые

 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

d_ф.н=d₀ 1)

d_ф.н- Нормативная глубина промерзания грунта

М_т-безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП 23-01, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства - по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d₀ - величина, принимаемая равной для суглинков и глин 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых - 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности - 0,30 м; крупнообломочных грунтов - 0,34 м

Расчетную глубину промерзания d_ф.определяют:

d_ф.=К_h* d_ф.н 2)

К_h- коэффициент, учитывающий влияние теплого режима здания и принимается по СП “проектирование и устройство оснований и фундаментов”.

d_ф.н- нормативная глубина промерзания

 коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений - по таблице ; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооруженийК_h = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

- для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 5.3CП ;

- для внутренних фундаментов - независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубину зааложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

- фундаменты опираются на мелкие пески и специальными исследованиями на данной площадке установлено, что они не имеют пучинистых свойств, а также в случаях когда специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения;

- предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов.

При наличии в холодном подвале (техническом подполье) отапливаемого сооружения отрицательной среднезимней температуры глубину заложения внутренних фундаментов принимают по таблице СП 5.3 (СНиП) в зависимости от расчетной глубины промерзания грунта, определяемой по формуле 2при коэффициенте K_h = 1.

Глубину заложения наружных фундаментов отапливаемых сооружений с холодным подвалом (техническим подпольем) принимают наибольшей из значений глубины заложения внутренних фундаментов и расчетной глубины промерзания грунта с коэффициентом K_h = 1, считая от уровня планировки.

1.4.4Особенности возводимых и существующих зданий.

Фундаменты зданий и его отсека закладывают как правило на одном уровне. При необходимости заложения соседних фундаментов на разных отметках их допустимую разность h, м, определяют исходя из условия.

где    а - расстояние между фундаментами в свету, м;

₁, C₁ - расчетные значения угла внутреннего трения, град., и удельного сцепления, кПа;

P_II - среднее давление под подошвой вышерасположенного фундамента от расчетных нагрузок (для расчета основания по несущей способности), кПа.