книги / Механика грунтов, основания и фундаменты

тальные нагрузки и моменты, поскольку эти нагрузки передаются на боковые стенки полости, сложенные ненарушенным грунтом массива.

Щелевой фундамент устраивают путем прорезки узких взаимно перпендикулярных щелей шириной 10...20 см, в которые при не­ обходимости устанавливается арматура с последующим заполне­ нием бетоном. Расстояние между пластинами составляет 2...4 их толщины. Нагрузка на основание передается через нижние торцы и боковые поверхности пластин. Сопряжение колонн с фунда­ ментами и в этом случае такое же, как в обычных фундаментах. Щелевые фундаменты могут быть устроены также и в вытра­ мбованных котлованах (см. § 12.3), когда прорези в грунте не отрываются, а пробиваются трамбовкой заданного размера на проектную глубину.

Фундаменты с анкерами обеспечивают восприятие значительных выдергивающих усилий, что позволяет уменьшить крен и устранить отрыв подошвы фундаментов. В нескальных грунтах анкеры пред­ ставляют собой армированные каркасами буронабивные сваи диа­ метром 15...20 см и длиной 3...4 м, жестко соединяемые с плитной частью фундамента. В скальных грунтах обычно используются напрягаемые стержни с анкерующими болтами.

Более подробные сведения об этих и других новых типах фун­ даментов приводятся в специальной литературе*.

Ленточные фундаменты под стены также устраивают либо монолитными, либо из сборных блоков. Монолитные ленточные фундаменты из природного камня и бетона, как и отдельные фун­ даменты, устраивают в виде конструкции ступенчатой или наклон­ ной формы (см. рис. 10.3). Монолитные железобетонные ленточные фундаменты выполняются в виде нижней армированной ленты и неармированной или малоармированной фундаментной стены (рис. 10.6, а). Одним из возможных вариантов устройства монолитных ленточных фундаментов из железобетона является многощелевой ленточный фундамент, конструкция которого аналогична показан­ ному на рис. 10.5, б. Расчет и конструирование монолитных ленточ­ ных фундаментов рассматриваются в курсе железобетонных конст­ рукций.

Сборный ленточный фундамент состоит из ленты, собираемой из железобетонных плит, армированных по расчету, и стены, соби­ раемой из бетонных блоков (рис. 10.6, б). Железобетонные фун­ даментные плиты подушки и бетонные стеновые блоки унифициро­ ваны. Номенклатура фундаментных плит предусматривает их раз­ деление на четыре группы, каждая из которых характеризуется наибольшим значением среднего давления, передаваемого на ос-

Сорочан Е. А. Фундаменты промышленных зданий. М., 1986; Тетиор А. Н., Феклин В. И., Сургучев В. Г. Проектирование фундаментов. Киев, 1981.

251

8)

Рис. 10.6. Ленточные фундаменты:

а— монолитный; б— сборный сплошной; в —сборный прерывистый; 1—

армированная лента; 2 — фундаментная стена; 3 — стена здания; 4 —фундаментная подушка; 5 — стеновой блок

нование при соответствующем вылете консоли фундамента Ак. По­ этому важным этаном конструирования сборного фундамента явля­ ется проверка допустимого вылета консоли.

При строительстве на прочных грунтах (модуль деформации грунта 25 МПа и более) при уровне подземных вод ниже подошвы фундамента возможно применение прерывистых ленточных фун­ даментов, которые устраивают из фундаментных железобетонных плит, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (рис. 10.6, в). Ленточные прерывистые фундаменты особенно целесооб­ разны в тех случаях, когда полученная в расчетах ширина фун­ дамента оказывается меньше ширины стандартных плит.

Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, ино­ гда применяют ребристые железобетонные блоки или плиты с уг­ ловыми вырезами (рис. 10.7).

Фундаментные стеновые блоки изготовляют из тяжелого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина бло­ ков принимается равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см. Надземные стены не должны выступать над фундамент­ ными более чем на 15 см. Высота типовых стеновых блоков составля­ ет 280 или 580 мм. Блоки укладыва­ ют на цементном растворе с пере­ вязкой швов стеновых блоков

и плит.

252

ванными швами или железобетонными поясами, устроенными по­ верх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне. Такие решения будут рассмотрены в соответствующих главах учебника.

Ленточные фундаменты под колонны устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и выполняют, как правило, в мо­ нолитном варианте из железобетона. Возможно их устройство

ив сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых между собой с последующим омоноличиванием стыков.

Сплошные фундаменты выполняются, как правило, из моно­ литного железобетона. По конструктивным решениям сплошные фундаменты разделяют на плитные и коробчатые. Плитные фун­ даменты, в свою очередь, могут быть гладкими (безбалочными)

иребристыми (рис. 10.8).

Толщину плиты, работающей на изгиб в двух взаимно перпен­ дикулярных направлениях, определяют расчетом на моментные нагрузки и исходя из расчета на продавливание в местах опирания колонн.

Опирание колонн на гладкие и коробчатые плиты осуществляет-

253

ся через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединя­ ются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

М ассивные фундаменты выполняются в монолитном вари­ анте. С целью сокращения объема бетона в тело массивного фун­ дамента закладывают пустотообразователи (рис. 10.9), в качестве которых используют картонные или полиэтиленовые вкладыши диаметром 100...300 мм. При передаче на массивный фундамент больших моментов, что имеет место в таких сооружениях, как мачты, дымовые трубы и т. п., целесообразно его усиление ан­ керами (см. рис. 13.19), что позволяет повысить устойчивость соору­ жения, уменьшить его размеры и массу.

При выборе типов фундаментов и их конструкций применитель­ но к проектируемому сооружению и конкретным инженерно-геоло­ гическим условиям следует руководствоваться технико-экономичес­ ким анализом вариантов, учитывать производственные возможно­ сти и профессиональный опыт строительной организации. Важно иметь в виду, что существовавший в прежние годы крен в сторону преимущественного использования сборных конструкций фунда­ ментов в последнее время пересматривается. Исследования показа­ ли, что во многих случаях, особенно при строительстве в сложных инженерно-геологических условиях и определенных районах стра­ ны, при устройстве сборных фундаментов сметная стоимость, тру­ дозатраты, расход дефицитных материалов и энергоемкость (с уче­ том заводского изготовления, транспортировки и монтажа) оказы­ ваются выше, чем при устройстве монолитных фундаментов.

10.3. Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет фундамента мелкого заложения начинают с предвари­ тельного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подо­ швы. Затем для принятых размеров фундамента производят рас­ четы основания по предельным состояниям.

Вследствие причин, рассмотренных в гл. 9, расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям основания) являет­ ся основным и обязательным для всех фундаментов мелкого зало­ жения. Расчет по первой группе предельных состояний (по несущей способности основания) является дополнительным и производится в одном из следующих случаев: сооружение расположено на откосе или вблизи него; на основание передаются значительные горизон­ тальные нагрузки; основание сложено слабыми грунтами, облада­ ющими малым сопротивлением сдвигу, или, напротив, представ­ лено скальными грунтами. В первых двух случаях расчет по первой группе предельных состояний не производят, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируе­ мого фундамента.

254

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворя­ ющие двум группам предельных состояний, переходят к его конст­ руированию. Расчет фундамента как железобетонной конструкции рассматривается, в соответствующем курсе, здесь же отметим, что соблюдение правил конструирования массивных и сборных гибких фундаментов позволяет исключить проверку их на прочность и трещиностойкость.

Определение глубины заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затра­ чиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей. Однако в силу того, что верхние слои грунта не всегда обладают необходимой несущей способностью или же конструктив­ ные особенности сооружения требуют его заглубления, при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться це­ лым рядом факторов, основными из которых являются инженерно­ геологические и гидрогеологические условия строительной площад­ ки, глубина сезонного промерзания грунтов, конструктивные осо­ бенности возводимого сооружения, включая глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

И нж енерно-геологические условия строительной пло­ щадки. Учет инженерно-геологических условий строительной пло­ щадки заключается главным образом в выборе несущего слоя грун­ та, который может служить естественным основанием для фун­ даментов. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов по геологическим раз­ резам. Несмотря на то что каждая площадка обладает сугубо индивидуальным геологическим строением, все многообразие на­ пластований можно, следуя Б. И. Далматову, представить в виде трех схем, показанных на рис. 10.10.

Рис. 10.10. Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фунда­ ментов:

1 — прочныйгрунт; 2 — более прочный грунт; 3 — слабыйipym-; 4 — пес­ чаная подушка; 5 — зона закрепления грунта

255

Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями прочных грунтов, при этом строительные свойства каждого после­ дующего слоя не хуже свойств предыдущего. В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, допускаемой при учёте сезонного промерзания грунтов и конструктивных особен­ ностей сооружения (рис. 10.10, а). Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий на некоторой глубине, если это решение экономичнее (рис. 10.10, б).

Схема II. С поверхности площадка сложена одним или несколь­ кими слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща прочных грунтов. Здесь возможны следующие решения. Можно прорезать слабые грунты и опереть фундамент на прочные, как это показано на рис. ЮЛ0, в. С другой стороны, может оказаться более выгодным прибегнуть к укреплению слабых грунтов или замене их песчаной подушкой (рис. 10.10, г). Если же мощность слабого слоя окажется чрезмерно большой, то рекомендуется перейти на свайные фундаменты (рис. 10.10, д).

Схема III. С поверхности площадки залегают прочные грунты, а на некоторой глубине встречается один или несколько слоев слабого грунта. В данной ситуации возможно принять решение по схеме II, но так как при этом придется прорезать толщу прочных грунтов, то более выгодным может оказаться или использование прочного грунта в качестве распределительной подушки (при обяза­ тельной проверке прочности слабого подстилающего слоя), как это показано на рис. 10Д0, е, или закрепление слоя слабого грунта, как это показано на рис. 10.10, ж, что позволит существенно уменьшить размер подошвы фундамента.

При выборе типа и глубины заложения фундамента по любой из рассмотренных схем придерживаются следующих общих правил:

минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории;

глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10...15 см;

по возможности закладывать фундаменты выше уровня подзем­ ных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

в слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно воз­ водить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо (основания с вы­ клинивающими или несогласно залегающими пластами), то раз­ меры фундаментов выбираются главным образом из условия выра­ внивания,их осадок.

Глубина сезонного промерзания грунтов. Глубина зало­ жения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Проблема состоит в том, что промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образова-

256

кием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев, расположенных ниже уровня подземных вод. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фун­ дамента, которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому снижению их несу­ щей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пыле­ ватые и глинистые частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучинистым грунтам, глубина заложения фундамен­ тов в них не зависит от глубины промерзания в любых условиях.

Практикой установлено, что, если уровень подземных вод во время промерзания находится от спланированной отметки земли на глубине, равной расчетной глубине промерзания плюс 2 м (что связано с высотой капиллярного поднятия подземных вод), в песках мелких и пылеватых с любой влажностью и в супесях твердой консистенции глубина заложения фундаментов наружных стен и ко­ лонн назначается без учета промерзания грунта. Во всех остальных грунтовых условиях глубина заложения наружных фундаментов назначается не менее расчетной глубины промерзания. Исключение составляют площадки, сложенные суглинками, глинами, а также крупнообломочными грунтами с глинистым заполнителем при по­ казателе текучести глинистого грунта или заполнителя 7L<0,25. В этих условиях глубину заложения фундаментов можно назначать не менее 0,5 расчетной глубины промерзания от спланированной отметки земли.

Для удобства практического использования изложенные сведе­ ния представлены в табл. 10.1.

Таблица 10.1. Глубина заложения фундамента d в зависимости от расчетной глубины промерзания

Глубина заложения внутренних фундаментов отапливаемых зда­ ний назначается независимо от глубины промерзания, если во время строительства и эксплуатации возле фундаментов исключено про­

257

мерзание грунтов. В неотапливаемых зданиях глубина заложения фундаментов для пучинистых грунтов принимается не менее расчет­ ной глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта

где к/, — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отаплива­ емых сооружений по табл. 10.2, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений — равным 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой, для кото­ рых расчетная глубина промерзания грунта определяется по тепло­ техническим расчетам; d/„— нормативная глубина сезонного про­ мерзания грунта, м.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанав­ ливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью. За dfa принимают среднюю из ежегодных максимальных глубин сезон­

ного промерзания. При отсутствии данных многолетних наблюде­ ний нормативную глубину сезонного промерзания грунтов опреде­ ляют на основе теплотехнических расчетов или в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01 — 83.

Таблица 10.2. Значения коэффициента к/,

Конструктивные особенности сооружения. Основными конструк­ тивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются: наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудо­ вание; глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений; наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструк­ ций самого фундамента.

В зданиях с подвалом и полуподвалом, а также около приямков

258

где <Рл— расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град; сл— расчетная удельная сила сцепления грунта, кПа; р — среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента, кПа.

При выполнении условия (10.2) исключается ослабление основа­ ния соседнего фундамента и,опирание нового фундамента на насып­ ной грунт ранее засыпанного котлована. Это же условие распрост­ раняется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов сооружения и рядом расположенных кана­ лов, тоннелей и пр.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно при­ мыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закла­ дывать на одном уровне. При переходе на большую глубину зало­ жения должно выполняться условие (10.2). Если же оно не выполня­ ется, необходимо проведение специальных мероприятий, которые рассматриваются в § 18.3.

При наличии коммуникаций (трубы водопровода, канализации и т. д.) подошва фундамента должна быть заложена ниже их ввода. При этом условии трубы не подвержены дополнительному давле­

259

нию от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб. Кроме того, в случае аварии уменьшается зона замачивания грунта, а при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.

Переход от одной отметки заложения ленточного фундамента к другой осуществляется ступенями. Высота уступа в случае сборного фундамента принимается равной высоте стенового блока (рис. 10.11, б). При устройстве монолитного ленточного фундамента соотношение междувысотой идлиной уступав связных грунтахпринимаетсяравным 1:2, а в несвязных — 1:3при высоте уступа, непревышающей 0,5...0,6 м.

Наряду с выполнением рассмотренных требований в ряде случа­ ев при выборе глубины заложения фундаментов учитывается также возможность дальнейшей реконструкции проектируемого сооруже­ ния (устройство новых коммуникаций, подвальных помещений, фу­ ндаментов под оборудование и пр.).

Определение формы и размеров подошвы фундаментов. Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой надземной конструкции. Она может быть круг­ лой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водонапор­ ные и силосные башни), квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы, стены), тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами, отдельные опоры), а в стесненных условиях и более сложного очертания. В сборных фундаментах ее определяет и форма составных элементов и блоков.

При расчетах фундаментов мелкого заложения по второму пре­ дельному состоянию (по деформациям) площадь подошвы пред­

где рц — среднее давление по подошве фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям; R — расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле (9.5)

Выполнение условия (10.3) осложняется тем, что обе части нера­ венства содержат искомые геометрические размеры фундамента. В результате расчет приходится вести методом последовательных приближений, хотя для некоторых расчетных случаев предложены различные приемы, графики и таблицы, упрощающие эти расчеты.

Ц ентрально нагруженный фундамент. Центрально нагру­ женным считают фундамент, у которого равнодействующая внеш­ них нагрузок проходит через центр площади его подошвы. Реактив­ ное давление грунта по подошве жесткого центрально нагружен­ ного фундамента принимается равномерно распределенным интен­ сивностью

260