Требования, предъявляемые к фундаментам

Фундамент должен служить надежной опорой сооружения. Для этого необходимо, чтобы от передаваемых фундаментом давлений основание не давало опасных по величине деформаций в виде осадок, которые обычно увеличиваются с течением времени.

Если осадки равномерны по всей площади подошвы фундамента, то сооружение получает вертикальное перемещение (посадку). При неравномерных по подошве осадках фундамент получает также и наклон. При действии горизонтальных сил возможны поперечные смещения (сдвиги) фундамента, обычно сопровождающиеся и его наклоном. Совсем избежать деформаций основания невозможно. Всякое основание под сооружением дает осадку, но для скальных грунтов она очень мала, а для глинистых, суглинистых и других может быть значительной. Чтобы осадки мостовых опор не были больше допустимых, давления на грунт основания не должны превышать определенной установленной нормами величины, называемой расчетным сопротивлением грунта.

Для мостов больших пролетов, а также мостов, устраиваемых в неблагоприятных геологических условиях, ожидаемую осадку опор необходимо рассчитывать теоретическими методами.

При проектировании ответственных инженерных сооружений и, в частности, средних и больших мостов расчетные сопротивления грунтов нужно назначать на основе полевых и лабораторных испытаний.

Фундаменты мостовых опор должны быть заложены на такой глубине, чтобы их подошва была не менее чем на 2,5 м ниже отметки наибольшего расчетного размыва дна реки у данной опоры. На сухом месте фундаменты должны быть заложены не менее чем на 0,25 м ниже глубины зимнего промерзания грунта. При отсутствии размыва массивные фундаменты заглубляют не менее чем на 1 м ниже поверхности грунта или дна водотока. Все эти требования не относятся к скальным грунтам, на которые фундаменты можно закладывать, сняв лишь верхний разрушенный слой (если он имеется).

Расположение сооружения всегда надо выбирать так, чтобы избегать мест с неблагоприятными геологическими условиями. Если же сооружение все-таки приходится устраивать на слабых грунтах или участках с оползнями или карстами, то требуются специальные меры для придания надежности основаниям опор.

В районах вечной мерзлоты фундаменты мостовых опор обычно закладывают на мерзлый грунт ниже слоя, оттаивающего летом (деятельный слой), либо на прочную породу, залегающую ниже вечной мерзлоты.

Фундаменты мелкого заложения

Когда грунты, залегающие в основании, по своим физико-механическим качествам и расчетным характеристикам позволяют дать фундамент сооружения на небольшой глубине, устраивают фундамент мелкого заложения обычно в открытых котлованах.

Так как фундамент служит для передачи давления от сооружения на грунт, то подошва его должна иметь достаточную площадь, определяемую расчетом. Требующееся расширение фундамента книзу делают уступами (рис.2, а) или в виде усеченной пирамиды (рис.2, б).

Рис.2. Фундаменты мелкого заложения

При уступчатом фундаменте линия, характеризующая его расширение, должна составлять с вертикалью угол не более 30° (см. рис.2, а).

Верх фундамента опоры называют его обрезом. Обрез фундамента на реках располагают примерно на 0,5 м ниже уровня меженных вод, чтобы фундамент не обнажался при пониженных уровнях. На сухом месте обрез располагают на 0,1-0,2 м ниже поверхности грунта. В уровне обреза фундамент делают шире установленного на него тела опоры для того, чтобы в случае неточностей реального положения возведенных фундаментов установка на них тела опор не вызывала трудностей. Ширину уступов принимают равной примерно 0,5-1 м. Фундаменты делают бетонными или реже железобетонными. Фундаменты сооружают как монолитными, так и сборными из бетонных или железобетонных блоков, изготовленных на заводе или полигоне и устанавливаемых на место краном.

Рис.3. Виды котлованов и их ограждений

1 - стена котлована в виде естественного откоса грунта;

2 - закладные доски;

3 - стойка;

4 - распорки.

В тех случаях, когда грунт основания имеет недостаточную несущую способность или дает большие осадки, может быть применено искусственное его упрочнение.

Рис.4. Виды котлованов и их ограждений

1 - распорки;

2 - маячная свая;

3 - шпунтовая стенка;

4 - направляющие схватки;

УГВ - уровень грунтовых вод.

Наиболее эффективно уплотнение грунтов путем заполнения пор цементацией или силикатизацией. Цементация заключается в нагнетании под давлением в грунт цементного раствора, который после отвердения связывает частицы грунта. Цементацию применяют для укрепления крупнопористых пород (крупный песок, гравий) или трещиноватых скальных пород. Силикатизация представляет собой химический способ закрепления, при котором в грунт поочередно нагнетают растворы силиката натрия (жидкого стекла) и хлористого кальция. Образующееся при этом вещество обволакивает частицы грунта и прочно связывает их после отвердения. Силикатизированный грунт имеет хорошую водонепроницаемость. Силикатизацией можно укреплять мелкозернистые пески, лёссовидные грунты и суглинки. Укрепляют грунт нагнетанием в него нагретого битума или битумной эмульсии.

Рис.5. Виды котлованов и их ограждений

1 - земляная перемычка.

Вид котлована и способ его ограждения (рис.3, а, б) при фундаментах мелкого заложения зависит от характера грунтов, наличия грунтовых (рис.4, а, б) и поверхностных вод, а также от размеров и глубины заложения фундаментов. Фундаменты устоев возводят за земляными перемычками (рис.5), а речных опор за шпунтовыми ограждениями (рис.6, б) и земляными перемычками (рис.6, а).

Рис.6. Виды котлованов и их ограждений

1 - распорки;

2 - шпунтовая стенка;

3 - направляющие схватки;

4 - земляная перемычка;

5 - заполнение грунтом;

6 - котлован.