3. Возможные варианты фундаментов при различных типах напластования грунтов в основании.
Анализируя исходные данные, необходимые для выбора минимально допустимой глубины заложения и типа экономичного фундамента, следует учитывать, что одинаковые инженерно-геологические условия и процессы могут по-разному влиять на состояние и работу различных по типу и конструкции фундаментов и сооружений в целом. В свою очередь, постройка сооружений и последующая их эксплуатация могут изменять характер и интенсивность проявления этих процессов.
Известно, что под влиянием сотрясений, возникающих при действии динамических нагрузок, например, сейсмических воздействий, уменьшается сопротивление грунтов сдвигу, увеличиваются осадки фундаментов, нарушается устойчивость грунтовых массивов.
Неблагоприятное влияние на основания оказывают не только механические воздействия. Подтопление ранее устойчивых склонов после отсыпки насыпи и постройки опор может вызвать их оползание. Из-за оттаивания вечномерзлых грунтов в основании в ряде случаев появляются не предусмотренные проектом осадки и перекосы фундаментов.
Чтобы исключить возможность появления недопустимых (по условиям нормальной эксплуатации сооружений) деформаций оснований и фундаментов, проектировщики должны иметь достаточно полные, а главное, достоверные исходные данные и на основе их обеспечить правильную оценку влияния различных инженерно-геологических и других факторов на прочность, устойчивость и деформативность грунтовых оснований как во время строительства, так и в период эксплуатации сооружений. К этому следует добавить, что проектирование фундаментов значительно осложняется тем, что основание и фундамент при передаче нагрузок на грунт представляют единую систему.
Рис. 6.1. Характерные схемы напластования (залегания) грунтов:
1 — слой или толща сильно сжимаемого грунта; 2 — то же, мало сжимаемого грунта
Несмотря на большое многообразие геологических условий, их можно свести к следующим характерным схемам напластования (залегания) грунтов: 1) толща сильно или мало сжимаемых грунтов на глубину, превышающую возможности заложения фундаментов современными способами, сложена однородными по составу и сжимаемости грунтами (рис. 6.1, а); 2) верхняя часть толщи сложена сильно сжимаемыми или скальными грунтами (рис. 6.1, б); 3) толща слоистая с согласным (рис. 6.1, в) или выклинивающимся (рис. 6.1, г) залеганием пластов из грунтов, мало или сильно отличающихся по степени сжимаемости и составу. Кроме перечисленных могут быть схемы с более сложным залеганием грунтов, но они встречаются значительно реже в фундаментостроении
Выбор типа фундаментов
Выбор типа фундаментов рекомендуется начинать с рассмотрения экономической целесообразности и возможности применения безростверковых опор из свай, оболочек или столбов. Если такие опоры окажутся неприемлемыми, следует рассмотреть целесообразность применения фундаментов из тех же элементов, но с ростверком, расположенным над поверхностью грунта или дном водотока, а иногда и над уровнем меженных вод. Фундаменты с ростверком, заглубленным в грунт, надо применять в крайних случаях, когда по местным условиям нормального пропуска ледохода, лесосплава, селевых потоков или по эстетическим соображениям ростверк нельзя расположить над поверхностью грунта или воды.
При выборе конструкции безростверковых опор под цельноперевозимые пролетные строения автодорожных и железнодорожных мостов следует в первую очередь воспользоваться их типовыми проектами. Кроме типовых проектов опор рекомендуется рассмотреть целесообразность применения безростверковых устоев из свай, оболочек или столбов, сооружаемых с поверхности предварительно отсыпанных и уплотненных участков насыпей, примыкающих к мостам. Преимущество таких устоев заключается в том, что глинистые грунты насыпи заменяют собой обсыпку из дренирующего материала; при этом исключаются ручные работы, связанные с уплотнением грунта между сваями, оболочками или столбами, и повышается его качество, резко уменьшается горизонтальное давление грунтов насыпи на устои, что способствует значительному облегчению их конструкции.
В местах залегания вечномерзлых грунтов целесообразны безростверковые опоры из столбов или оболочек. В сейсмических районах рекомендуются опоры и фундаменты, низ элементов которых опирается, как правило, на мало сжимаемые или скальные грунты. Нельзя опирать элементы на рыхлые песчаные грунты, мягкопластичные, текучепластичные и текучие глинистые грунты. Во всех случаях эти грунты необходимо прорезать элементами до упора их низа в мало сжимаемые грунты. В таких районах в конструкции свайных опор и фундаментов с ростверком над поверхностью грунта следует предусматривать кроме вертикальных свай сваи с наклоном вдоль и поперек оси моста независимо от высоты насыпи и длины пролетных строений. Столбы и оболочки в опорах и фундаментах можно располагать вертикально при обеспечении необходимой их жесткости в горизонтальном направлении.
Выбору типа фундаментов на склонах и косогорах должна обязательно предшествовать проверка их устойчивости на сдвиг в период эксплуатации сооружений. При положительных результатах такой проверки следует рассмотреть в первую очередь возможность и целесообразность строительства безростверковых опор, а затем фундаментов с ростверком, расположенным над поверхностью грунта. Фундаменты с заглубленным в грунт ростверком можно рекомендовать в виде исключения, особенно для устоев. Если на склонах предстоит расположить устои и опоры, то в их конструкции минимум один-два последних ряда свай необходимо предусмотреть с наклоном в сторону русла реки.
Оболочки и столбы фундаментов и безростверковых опор рекомендуются для любых немерзлых и мерзлых грунтов, включая крупнообломочные и скальные.
Сваи целесообразно применять в грунтах, допускающих возможность погружения их на расчетную глубину без устройства лидерных скважин. Не рекомендуются сваи для фундаментов с ростверком над поверхностью грунта в пределах водотоков, где возможно абразивное истирание бетона, а также для безростверковых опор в руслах замерзающих постоянных водотоков.
Опускные колодцы целесообразны в разных грунтах, для разработки и удаления которых (из колодцев) у строительных организаций имеется достаточно эффективное технологическое оборудование, особенно по удалению крупных валунов, зачистке и планировке поверхности скальных и твердых глинистых грунтов, сцементированных песков и крупнообломочных отложений.
Оптимальными следует считать решения, где в качестве оснований приняты грунты, при заглублении в которые в поперечном сечении элементов вблизи плиты фундамента или опоры осевые сжимающие напряжения от расчетных нагрузок в полых и сплошных сваях или полых оболочках с утолщенной стенкой будут в диапазоне 6—8 МПа, в буровых и бурообсадных столбах — 4— 6 МПа. Это условие можно выполнить, опирая низ элементов на грунты с высокой несущей способностью или устраивая уширенные пяты.