Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основания и фундаменты. Методическое пособие к выполнению курсового проектирования для студентов по направлению подготовки 270800.62 «Строительство» п
.pdf
(обычно не менее трех) конструктивных типов фундаментов проектируемого сооружения, намеченных для дальнейшего, более детального анализа. Поскольку в качестве проектного решения будет принят один из этих
вариантов, значение рассматриваемого этапа в общей цепочке проектирования очень велико.
4. Расчеты оснований по предельным состояниям, технико-
экономический анализ вариантов и принятие окончательного решения.
Для одного или нескольких сечений сооружения в зависимости от его
конфигурации, нагрузок, сложности напластования грунтов проводятся
расчеты выбранных вариантов фундаментов по предельным состояниям.
Определяются окончательные размеры фундаментов в плане, количество
и расположение свай, проектируются фундаменты для каждого варианта.
Оцениваются все виды работ по возведению фундаментов и, если нужно,
по устройству искусственных оснований и других мероприятий, направленных на уменьшение неравномерных деформаций основания. Проводится технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов и по
минимуму приведенных затрат устанавливается оптимальное проектное
решение.
2. ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ В ОТКРЫТЫХ
КОТЛОВАНАХ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
2.1. Основные положения и порядок проектирования
Как уже отмечалось, фундаментами мелкого заложения являются
фундаменты, у которых соотношение высоты hf и ширины b не превышает 4. Такие фундаменты устраивают в основном в открытых котлованах и
они могут быть использованы для любых сооружений при любых инженерно-геологических условиях.
Фундаменты могут выполняться в монолитном варианте непосредственно в котловане или в сборном варианте из заранее изготовленных на
заводе элементов. Материалы фундаментов выбираются в соответствии с
материалами основных конструкций сооружения. Кроме прочности, материал фундамента должен обладать необходимой морозостойкостью. В
качестве материала фундаментов применяются железобетон, бетон, ка-
21
менные материалы (кирпич, бут, каменные блоки). В отдельных случаях
возможно использование облегченных и легких бетонов, либо цементогрунта. Сборные элементы изготавливаются из железобетона и бетона, в
том числе и на силикатных вяжущих материалах. Применение дерева и
металла допустимо при устройстве фундаментов временных зданий и сооружений.
В железобетонных фундаментах нижняя, плоская или ступенчатая
часть называется плитной, а верхняя - фундаментной стеной либо подколонником. Пространство в верхней части подколонников, служащее для
установки колонны, называют стаканом. В отдельных случаях надземная
стена или колонна сооружения могут опираться непосредственно на
плитную часть. Ширина фундаментов по обрезу принимается, как правило, больше ширины стены или колонны, а ширина подошвы определяется
расчетом. Фундаменты могут быть жесткими, в нижней части которых не
возникает растягивающих напряжений, и гибкими, в плитной части которых возникают деформации изгиба, что требует применения арматуры.
По способу передачи нагрузки на грунты основания можно выделить
три типа фундаментов мелкого заложения – столбчатые, ленточные и
плитные, схемы различных типов фундаментов представлены на рис. 2.1.
Столбчатые фундаменты или отдельные являются основным ти-
пом фундаментов, устраиваемых под колонны (рис. 2.1, а), однако в случае незначительных нагрузок и при хороших грунтовых условиях (грунты
основания имеют высокие прочностные и деформационные характеристики) они могут использоваться и для передачи нагрузок от стен здания,
при этом фундаменты располагают на расстоянии 3 ... 6 м один от другого, в углах здания и в местах пересечения стен (рис. 2.1, б).
Ленточные фундаменты в основном используют для передачи
нагрузки от стен (рис. 2.1, в), реже - от колонн (рис. 2.1, г), когда применение столбчатых фундаментов невозможно по расчетам. Следует отметить, что в некоторых случаях, при хороших грунтовых условиях, с целью
экономии материала в фундаментных плитах ленточных фундаментов
устраивают разрывы либо делают уступы (вырезы), таким образом получаются прерывистые ленточные фундаменты и ленточные фундаменты
с угловыми вырезами (рис. 2.1, д, е).
22
Плитные фундаменты устраивают в виде сплошной плиты под
всей площадью зданий и сооружений, на которую опираются все надземные конструкции – стены, колонны (рис. 2.1, ж). Плитные фундаменты
применяют в случае значительных нагрузок от конструкций надземной
части здания, когда основанием служат грунты с низкими прочностными
и деформационными характеристиками, когда применение столбчатых
либо ленточных фундаментов недопустимо. Альтернативой плитных
фундаментов являются отдельные и ленточные фундаменты на искусственно улучшенном основании либо свайные фундаменты.
Тип фундамента, его конструктивное решение определяется на ос-
нове технико-экономического сравнения вариантов с учетом инженерногеологических условий площадки, вида сооружения, размера и характера
нагрузок и возможностей строительной организации.
Проектирование фундаментов мелкого заложения осуществляется
на основе расчета оснований и фундаментов по двум группам предельных
состояний (по несущей способности и прочности), при этом можно выделить следующие этапы проектирования:
1. Сбор исходных данных для проектирования, включая инженер-
но-геологические, гидрогеологические и климатические условия площад-
ки строительства, конструктивные особенности здания или сооружения,
способ передачи и величины нагрузок, а также характеристики материалов фундаментов.
2. Определение глубины заложения фундамента, которая назначает-
ся по конструктивным соображениям, а также исходя из условий промерзания или напластования грунта с учетом расположения уровня грунтовых вод.
3. Определение размеров подошвы для столбчатых и ленточных
фундаментов из расчета по деформациям основания.
4 Расчет и конструирование элементов фундамента – плитной ча-
сти, подколонника либо фундаментной стены.
23
Рисунок 2.1.- Конструктивные решения фундаментов мелкого заложения:
а - столбчатый фундамент под колонны; б - столбчатый фундамент под стены; в - ленточный фундамент под стены; г - ленточный фундамент под колонны; д - прерывистый ленточный фундамент; е - ленточный фундамент из блоков с угловыми вырезам;
ж - плитный фундамент
24
2.2. Выбор глубины заложения
1
2
3
4
5
1
1
3
â)
I
à) á) ã) ä) å) æ)
II III
Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем
меньше объем затрачиваемого 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 конструктивные
особенности сооружения требуют его заглубления, при выборе глубины
заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов, основными из которых являются:
- инженерно-геологические и гидрогеологические условия строи-
тельной площадки;
- глубина сезонного промерзания грунтов;
- конструктивные особенности возводимого сооружения, включая
глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.
Инженерно-геологические условия строительной площадки. Учет
инженерно-геологических условий строительной площадки заключается
главным образом в выборе несущего слоя грунта, который может служить
естественным основанием для фундаментов. Этот выбор производится на
основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов по
геологическим разрезам. Несмотря на то, что каждая площадка обладает
сугубо индивидуальным геологическим строением, все многообразие
напластований можно, следуя Б. И. Далматову, представить в виде трех
схем, показанных на рис. 2.2.
Рисунок 2.2.- Схемы напластований грунтов с вариантами устройства фундаментов:
1 - прочный грунт; 2 - более прочный грунт; 3 - слабый грунт; 4 - песчаная подушка; 5
- зона закрепления грунта
25
Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями прочных
грунтов, при этом строительные свойства каждого последующего слоя не
хуже свойств предыдущего. В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, допускаемой при учете сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения (рис. 2.2, а).
Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий
на некоторой глубине, если это решение экономичнее (рис. 2.2, б).
Схема П. С поверхности площадка сложена одним или несколькими
слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща прочных
грунтов. Здесь возможны следующие решения. Можно прорезать слабые
грунты и опереть фундамент на прочный несущий слой (как показано на
рис. 2.2, в). С другой стороны, при такой схеме напластования грунтов
может оказаться более выгодным прибегнуть к укреплению слабых грунтов или замене их песчаной подушкой (рис. 2.2, г). Если же мощность
слабого слоя окажется чрезмерно большой, то рекомендуется перейти на
свайные фундаменты (рис. 2.2, 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 обязательной проверке прочности слабого подстилающего слоя), как это показано на рис. 2.2, е, или закрепление слоя слабого грунта, как это показано на рис. 2.2, 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;
26
- по возможности закладывать фундаменты выше уровня подземных
вод для исключения необходимости применения водопонижения при
производстве работ;
- в слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возво-
дить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо (основания с вклинивающимися или
несогласно залегающими пластами), то размеры фундаментов выбираются, главным образом, из условия выравнивания их осадок.
Глубина сезонного промерзания грунтов. Глубина заложения 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 образованием 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 фундамента, которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому снижению их
несущей способности и просадкам сооружения.
Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к
непучинистым грунтам, глубина заложения фундаментов 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, в песках мелких и пылеватых с любой влажностью и в супесях твердой консистенции глубина
заложения фундаментов, наружных стен и колонн назначается без учета
промерзания грунта. Это связано с высотой капиллярного поднятия подземных вод. 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
27
при показателе текучести глинистого грунта или заполнителя Il < 0,25. В
Грунты под подошвой
фундамента
Глубина заложения фундамента при
глубине поверхности подземных вод dw, м
d
w
df+2
d
w
df+2
1
2
3
Скальные крупнообломочные с
песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности
Не зависит от
df
Не зависит от
df
Пески мелкие и пылеватые
Не менее df
То же
Супеси с показателем текучести
IL. <0
То же
-«То же, при IL. >0
-«-
Не менее df
Суглинки, глины, а также круп-
нообломочные грунты с пылеватоглинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя IL. >0, 25
-«-
То же
То же при IL. < 0, 25
-«-
Не менее 0,5
df
этих условиях глубину заложения фундаментов можно назначать не менее
0,5 расчетной глубины промерзания от спланированной отметки земли.
Для удобства практического использования изложенные сведения
представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1.-Глубина заложения фундамента d в зависимости от расчетной глу-
бины промерзания
Глубина заложения внутренних фундаментов отапливаемых зданий
назначается независимо от глубины промерзания, если во время строительства и эксплуатации возле фундаментов исключено промерзание
грунтов. В неотапливаемых зданиях глубина заложения фундаментов для
пучинистых грунтов принимается не менее расчетной глубины промерзания.
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта
dw = d
где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима со-
оружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых со-
,
fn kh
28
оружений по табл. 2.2, а для наружных и внутренних фундаментов
Особенности сооружения
Коэффициент k
h
при расчетной среднемесячной температуре воздуха в помещении,
примыкающем к наружным фундаментам,
С
0 5 10
15
20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми
по грунту
на лагах по грунту
по утепленному цокольному перекры-
тию
0,9
1,0
1,0
0,8
0,9
1,0
0,7
0,8
0,9
0,6
0,7
0,8
0,5
0,6
0,7
С подвалом или техническим подпольем
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
неотапливаемых сооружений - равным 1.1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой, для которых расчетная глубина промер-
зания грунта определяется по теплотехническим расчетам; dfn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта, м.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанавливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под
открытой, лишенной снега поверхностью. За dfn принимают среднюю из
ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания. При отсутствии
данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов определяют на основе теплотехнических расчетов или в
соответствии с рекомендациями СНиП [5] (рис. 2.3).
Таблица2.2.-Значения коэффициента kh
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 оборудование; глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений; наличие и глубина
прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента.
29
Рисунок 2.3.- Карта глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов
В зданиях с подвалом и полуподвалом, а также около приямков или
каналов, примыкающих к фундаментам, глубина заложения фундамента
принимается на 0,2 … 0,5 м ниже отметки пола в этих помещениях, что
предусматривает запас на высоту фундаментного блока или конструкции
приямка (рис. 2.4, а).
Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на
одном уровне. При необходимости заложения смежных отсеков на разных
отметках требуется выполнение следующего условия. Разность отметок
заложения расположенных рядом отдельных фундаментов (или отдельного и ленточного) при расстоянии в свету а между наиболее близкими точ-
ками не должна превышать величину h (рис. 2.4, а):
где
h a (tg
, – расчетное значение угла внутреннего трения грунта, град;
1
+ c1/p), (2.1)
1
c1 - расчетная удельная сила сцепления грунта, кПа; р – среднее давление
под подошвой расположенного выше фундамента, кПа.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]