ОиФ

Введение.

Виды оснований и фундаментов, основные понятия и определения.

Основания - это грунтовый массив расположенный непосредственно под сооружением и воспринимающий нагрузку от сооружения.

Основания подразделяются на:

• скальные и нескальные

• естественные и искусственные.

Скальные это когда в основании лежат скальные горные породы.

Нескальные - в основании лежат рыхлые горные породы.

Естественные - без изменения свойств грунтов.

Искусственные - это естественные основания свойства которых улучшены в предпостроечные или эксплутационные периоды.

Фундамент - это подземная или подводная часть сооружении которая воспринимает нагрузку от надземных конструкций и передает ее на основание.

В системе “сооружение-фундамент-основание” последним несущим элементом является основание, при этом если основание нескальное, то .то самое слабое звено в системе.

Соединение элементов в системе “основание-фундамент-надземнаая часть сооружения ” последовательное, а это значит, что вслед за деформациями основания будут деформироваться фундамент и надземные конструкции и в целом сооружение может дать полный или частичный отказ.

Отказ - это прекращение выполнения своих эксплутационных качеств(полный или частичный).

В связи с этим очень важно уметь прогнозировать поведение основания для того чтобы подобрать фундаменты, которые будут способны обеспечить безотказную работу сооружения в течении всего срока эксплуатации.

8 Как правило больше 80 % всех отказов происходит из-за отказа или деформации основания. Затраты на восстановление и реконструкцию оснований и фундаментов в 4-5 раз превышают затраты на их устройства.

Основные виды оснований и фундаментов.

1.Фундаменты мелкого заложения (ФМЗ) - это фундаменты котлованного типа(по способу их устройства).

ФМЗ передает давление на основание в виде статистической нагрузки, равномерно распределенной по площади этого фундамента.

Линия разделяющая конструкции фундамента и надземной части носит название - обрез фундамента.

Линия разделяющая тело фундамента и основание носит название - подошва фундамента.

Расстояние от обреза до подошвы фундамента называется высотой фундамента, а расстояние от подошвы до планировочной отметки или пола называется глубиной залегания.

Слой грунта расположенный под подошвой фундамента называется - несущий.

В случае слоистого напластования все нижележащие слои называются подстилающими.

При передаче нагрузки на основание взаимодействие фундамента с грунтом на боковой поверхности не учитывается.

2. Свайный фундамент (СФ) - это конструкции состоящие из 2-х элементов:

1)свая - жесткий стержень малого поперечного сечения и большой длины тем или иным образом помещаемый в грунт.

2)ростверк - обычно монолитная ж/б конструкция в виде балки или плиты, которая объединяет головы свай.

Работа свайного фундамента происходит следующим образом: нагрузка от надземной части сооружения воспринимается ростверком, который равномерно перераспределяет ее м/у сваями, а свая передает нагрузку на основание.

Считается, что ростверк не взаимодействует с основанием и под нижним концом ростверка нагрузка на основание не передается.

В нескальных основаниях передача сваей нагрузки на грунт производится как под нижним концом сваи, т.е. по площади поперечного сечения так и за счет трения на боковой поверхности.

3. Фундаменты глубокого залегания (ФГЗ).

-кессоны

-опускные колодца

-тонкостенные оболочки

Такие фундаменты устраиваются без отрывки котлована, имеют глубину заложения подошвы фундамента 30-40 метров; площадь поперечного сечения соизмерима, а иногда и намного больше глубины их заложения; внутренне пространство таких фундаментов часто эксплуатируется.

ФГЗ передают нагрузку как по площади подошвы так и за счет сил трения боковой поверхности.

Технико-экономические факторы определяющие выбор ОиФ.

При расчетах и проектировании фундаментов необходимо помнить, что не существует типовых решений фунд-в, бывают только типовые конструкции фунд-в.

Проект на фунд-т должен выполнятся для каждой грунтовой площадки индивидуально.

С учетом сказанного отметим основные факторы, которые влияют на выбор типа основания и конструкции фундамента:

1. Геологическое строение и рельеф площадки строительства.

2. Физико-механические характеристики грунтов.

3. Конструктивные и объемно-планировочные особенности сооружения

4. Особенности эксплуатации сооружения и возможные факторы приводящие к ухудшению свойств грунтов в период эксплуатации сооружения.

5. Особенности производства работ при возведении ОиФ.

Окончательный вариант должен назначаться только на основании ТЭ-го сравнения нескольких вариантов фунд-в, которые полностью рассчитаны и сконструированы.

Материалы необходимые для проектирования.

ОиФ.

Прежде чем приступить к проектированию ОиФ необходимо иметь паспорт объекта, который содержит следующий перечень основных строительных документов и чертежей:

1. Сведения о рельефе местности и существующие застройки (генплан).

2. Сведения о инжинерно-геологических изыскания площадки строительства.

3. Сведения о гидрогеологической обстановке территории(уровень подземных вод, возможность подтопления территории).

4. климатические особенности района строительства(глубина сезонного промерзания, снеговой покров, ветровой напор, кол-во осадков).

5. Сроительные чертежи отражающие объемно планировочные и конструктивные решения здания.

6. Сведения о характере нагрузок на фундамент(статистические, динамические; постоянные, временные или особые).

7. Особенности технологического режима в производственных процессах и т.п. при эксплуатации сооружения.

Тема 1. Предельное состояние оснований и сооружений.

1. Основные положения проектирования по предельным состояниям.

Под действием нагрузки грунты деформируются, основания, фундамент, а затем конструкция дает осадку. Если все фунд-ты здания дают одинаковую по абсолютной величине осадку, то в конструкциях сооружения не возникает никаких дополнительных напряжений..

Однако в большинстве случаев осадки отдельных фундаментов не одинаковые. Это ведет к искривлению надземных конструкций. В них возникают дополнительные усилия, за счет жесткости конструкции эти дополнительные усилия перераспределяются, что приводит к перераспределению напряжений под подошвой фун-в, а следовательно нагрузки на фунд-т создают напряжения в грунте. Грунт в свою очередь своим реактивным действием на фундамент предает избыточные напряжения сооружению, перераспределяясь в подземных конструкциях эти напряжения создают новое напряженное состояние, которое может привести к полному или частичному отказу надземной части.

Поэтому необходимо учитывать совместную работу снования и надземных конструкций и влияние их друг на друга.

Фунд-ты обычно проектируют исходя из действующих на них нагрузок не учитывая совместную работу с вышележащими конструкциями; такое допущение существенно упрощает расчеты.

Однако, чтобы оценить влияние осадки на вышележащие конструкции в дальнейшем после определения размеров фунд-в производят расчет их осадок и неравномерности осадок соседних фундаментов.

В связи с тем что очень трудно определить дополнительные усилия в конструкциях от неравномерных осадок прибегают к ограничению осадок и их неравномерности. Эти ограничения в значениях абсолютных и относительных деформаций устанавливаются в зависимости от характеристики конструкций и жесткости материалов. Эти значения носят название предельнодопустимых(осадок, неравномерностей), они приведены в СНиП 2.02.01-83 “Основания зданий и сооружений”.

Расчет оснований производится для каждого фундамента отдельно. При этом определяют размеры фунд-та исходя из требований при которых:

1. Осадки и их неравномерности на превосходят предельно допустимых.

2. Основание должно быть прочным и устойчивым

3. Фунд-т(тело, конструкция) обладает достаточной прочностью и долговечностью

Виды предельных состояний.

1. Первая группа предельных состояний по несущей способности.

2. По деформациям

Расчет оснований по деформациям.

Общие положения.

Цель расчета - является ограничение деформации(относительных, абсолютных) такими пределами, при которых гарантируется нормальная прочность и эксплуатация сооружения. При этом имеется в виду, что прочность и трещиностойкость(деформативность) фунд-в проверены расчетом, учитывающим усилия, которые возникают при взаимодействии основания и сооружения.

Виды деформации основания.

1. Осадки - это вертикальные деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под действием нагрузки(иногда собственного веса) и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры. У всех оснований есть осадка.

2. Просадки - это вертикальные деформации, происходящие в результате уплотнения и дополнительного воздействия на структурно не устойчивые грунты, связанного с изменением температурно-влажностного режима. Просадки сопровождаются коренным изменением структуры грунта(виды грунтов и виды воздействий). Могут обладать вечно мерзлые грунты.

3. Подъем и осадки - это вертикальные знакопеременные деформации связанные с изменением объемов некоторых грунтов при изменении температурно-влажностного режима. Пример: набухание грунтов при изменении влажности.

4. Оседание - это вертикальные деформации значительных по площади территории земной поверхности, вызванные подработкой этой территории, и изменением гидрогеологических условий.

5. Горизонтальные перемещения - это горизонтальные деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание от сооружения или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседания, просадках.

Причины возникновения деформации.

Деформация основания в зависимости от причин их возникновения

делятся на три группы:

1. Деформации от внешней нагрузки на основание передаваемые сооружениями(осадки, просадки 1 типа, горизонтальное перемещение). Причины:

1. Неравномерная сжимаемость грунтов из-за неоднородности основания

2)Различие в осадках основания в пределах и за пределами площадки загружения. 3)Неравномерное уплотнение грунтов в частности посадочных и набухающих. 4)Различие нагрузок на отдельные фундаменты, их размер в плане и глубины заложения. 5)Неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а и также загрузка территорий в непосредственной близости сооружений.

6)Нарушение правил производства строительных работ, приводящие к ухудшению строительных свойств грунтов; ошибки при изысканиях и проектировании, нарушение условий эксплуатации.

2. Деформации не связанные с внешней нагрузкой от сооружения и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений в поверхности основания

1)Повышение влажности в просадочных грунтах второго типа.

2)Наличие подземных горных выработок.

3)Изменение температурно-влажностного режима некоторых грунтов.

4)Изменение гидро-геологичекских условий

5)Влияние динамических воздействий(транспорт).

Показатели, характеризующие совместные деформации оснований и сооружений.

1.Абсолютная осадка.

2)Относительная неравномерность осадок двух соседних фунд-в.

S/L

3)Крен фундамента или сооружения в целом.

4)Относительный прогиб или выгиб фунд-в.

5)Кривизна изгибаемого участка сооружения.

 = 1/R

6)Относительный угол закручивания сооружений.

7)Горизонтальное перемещение фундамента сооружения в целом.

В большинстве случаев фундаменты и осно4вания сооружений испытывают сложные деформации включающие в себя несколько видов

Виды деформаций сооружений.

1.Прогиб

2.Выгиб

3.Перекос

4.Кручение - перекос с поворотом.

Условия расчета по деформациям.

Расчет по деформациям производится во всех случаях, когда основание сложено нескальными грунтами.

Расчет основания по деформациям в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01-83 производится исходя из условия:

S = S_u

S - расчетное значение осадки основания

S_u - предельное значение совместной деформации основания и сооружения. Определяется по таблицам СНиП 2.0201-83

S = S+S_SB+h_SW+S_p+U

Предельные деформации основания.

Предельные значения совместной деформации, основания и сооружения назначаются исходя из необходимости соблюдения следующих требований:

1)Технологический или архитектурных требований деформации сооружений(S_us) эти значения устанавливаются соответсвующими нормами проектирования зданий и сооружений, правилами технической эксплуатации оборудования или задания на проектирование.

Проверка условия S > S_us производится в составе расчета сооружения во взаимодействии с основанием, после соответствующих расчетов конструкции сооружения по прочности, устойчивости и трещиностойкости.

2)Требование к прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций, включая общую устойчивость сооружения (S_uf)

Эти предельные деформации должны устанавливаться расчетом во взаимодействии с основанием. Такой расчет как правило производится при разработке типовых проектов для различных возможных вариантов фундамента. Проверка условия S < S_uf

производится на стадии привязки типовых проектов к местным грунтовым условием и является косвенной проверкой прочности, устойчивости и трещиностойкости конструкций и сооружений.

Кроме условия S <S_u в группе расчетов по деформациям для соответствующих сооружений и оснований может также проверяться условие: U < U_u , i<i_u

Виды расчетов.

1)Расчет осадки исходя из условия S <S_u

2) Определение горизонтальных перемещений исходя из условия U < U_u

3)Определение крена фундамента

4)Определение неравномерности осадок соседних фундаментов.

5)Определение времени затухания осадки

6)Расчет тела по деформациям(проверка трещиностойкости).

Расчет оснований по несущей способности.

Общие положения. Цель расчета.

Подобрать такие размеры фунд-в, чтобы нагрузка передаваемая ими на основание в процессе эксплуатации сооружения не превышала величины предельно-допустимой нагрузки. Таким образом расчет сводится к определению эттой допустимой нагрузки, при которой:

1. У сооружений предающих основанию доминирующую нагрузку происходит сдвиг, связанный с резко развивающейся и прогрессирующим перемещением с захватом части массива грунта основания или непосредственно по подошве.

2. У сооружений опирающихся на фундаменты мелкого и среднего заложения и передающих основанию доминирующую вертикальную нагрузку происходит выпирание грунта из под подошвы фундамента и связанное с этим резкое прогрессирующее вертикальное перемещение.

3. У сооружений глубокого и очень глубокого заложения происходит нарастание осадок одновременно с увеличением нагрузок.

Расчет оснований по несущей способности.

В соответствии с указаниями СНиП производится в следующих случаях:

1. Когда на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки.

2. Когда СНиП рекомендует считать если сооружение расположено на откосе или вблизи него.

3. Когда основание сложено скальными грунтами.

4.Основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными глинистыми или заторфоваными грунтами.

Расчет по несущей способности в соответствии СНиП производится исходя из условия:

F<_c(F_u/_n)

F - расчетная нагрузка на основание от сооружения

F_u - сила предельного сопротивления основания(предельная критическая нагрузка)

_c - коэффициент условия работы, зависит от вида грунта: _c=0.8...1.0

_n - коэффициент надежности по назначению сооружения, зависит от класса долговечности сооружения: _n=1.1...1.25

Виды расчетов по I группе предельных состояний.

Для основания: считается прочность и устойчивость в зависимости от различных схем разрушения.

Для фунд-та: считается по прочности.

Мероприятия по улучшению деформаций оснований и влияния их на сооружение.

Мероприятия можно разделить на три группы:

1.Мероприятия предохраняющие грунты от ухудшения их свойств:

• Водозащитные мероприятия на площадках сложенных грунтами чувствительными к изменению влажности (просадочные, набухающие грунты ). Это м.б. рациональная компоновка ген.плана, устройство дренажей, контроль за утечками из систем водоснабжения, канализации.

• Защита грунтов от химически активных жидкостей

• .Определение источников внешних воздействий

• Предохранительные мероприятия в процессе устройства оснований и строительства сооружений(соблюдение последовательности возведения ОиФ).

2.Преобразование структурных свойств грунтов в сторону улучшения:

• Физические методы улучшения (поверхностное и глубинное уплотнение,устройство армирования грунта, полная или частичная замена слабого грунта на прочный)

• Химические способы (химическое закрепление грунтов методом инъецирования различных химических растворов.)

3.Конструктивные мероприятия уменьшающие чувствительность сооружения к деформациям его основания:

• Рациональная компоновка здания в плане и по высоте

Высотное здание

1эт-ый пристрой

В плане

H, свойства грунтовых площадок на всем протяжении могут очень сильно меняться

• Повышение прочности пространственной жесткости сооружения

• Применение раздельных и гибких конструкций, устройство деформационных швов, применение гибкого сопряжения элементов

Высотное здание

1эт-ый пристрой

Деформационный шов

Тема: Классы сооружений по жесткости.

1. Абсолютно жесткие сооружения – это абсолютно все высотные здания, в них происходит перераспределение напряжений при неравномерной деформации их оснований. Расчетные показатели: - абсолютная осадка -крен

2. Относительно жесткие сооружения – это все многоэтажные здания, каркасные и без каркасные, но не высотные.

Для них считают абсолютную осадку S, относительную неравномерность осадки S/L, прогиб fпр/L, выгиб fв/L.

3. Относительно гибкие сооружения – это все одноэтажные производственные каркасные здания, а так-же без каркасные здания с несущими стенами большой протяженности.

4. Абсолютно гибкие сооружения. В них осадка сооружений следует полностью за осадкой основания. Перераспределение напряжений в конструкциях сооружения не происходит.(дороги, дамбы, насыпи. )