Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геотехники. Учебное пособие
.pdf
31
Глубина заложения фундамента (dф) – это расстояние от са-
мого низкого уровня поверхности грунта (для мостов с учетом размыва) до подошвы фундамента.
Различают следующие виды фундаментов:
1) ФМЗ – фундаменты мелкого заложения;
2) ФГЗ – фундаменты глубокого заложения.
Фундаменты мелкого заложения (рис. 14) устраивают на глубину, не превышающую 6 м. Фундаменты глубокого заложения отличаются от фундаментов мелкого заложения значительно большей
глубиной заложения, особенностями конструкции, характером передачи нагрузки на грунты основания.
основание 2
1
6
7
4
5
3
H
Ф
d
ф
Рис. 14. Схема фундамента мелкого заложения:
1 – фундамент; 2 – основание; 3 – несущий слой грунта;
4 – подстилающий слой; 5 – подошва фундамента;
6 – обрез фундамента; 7 – уровень грунта
К фундаментам глубокого заложения относят свайные и столбчатые фундаменты, массивные фундаменты в виде опускных колодцев и кессонов, фундаменты, возведенные способом «стена в грунте». Все эти фундаменты будут рассмотрены нами в дальнейшем.
Слой грунта, расположенный непосредственно под подошвой
фундамента, называется несущим слоем.
h
ф
ф
32
Слой грунта, расположенный непосредственно под несущим
слоем, называется подстилающим слоем.
Основания бывают двух видов:
1) естественное;
2) искусственное.
Естественное основание – это грунты, которые существуют
в природе. Если на строительной площадке находится «надежный»
грунт, т. е. грунт, способный выдержать нагрузки, которые мы собираемся ему предложить, основание будет естественным.
Искусственное основание – это укрепленные грунты, т. е. измененные в результате инженерной деятельности человека. Часто
грунты не пригодны в качестве основания для фундаментов. В этом
случае принимается решения об укреплении, уплотнении, закреплении грунтов.
Контрольные вопросы
1. Что называют фундаментом?
2. Что такое основание?
3. Что называется подошвой фундамента?
4. Что называют обрезом фундамента?
5. Что такое высота фундамента?
6. Глубина заложения фундамента.
7. Понятие о несущем слое грунта.
8. Понятие о подстилающем слое.
9. Назовите два вида фундаментов.
10. Назовите два вида оснований.
4.2. Виды деформаций оснований, зданий и сооружений
Деформации, возникающие в сооружениях, зависят от характера развития неравномерных осадок и делятся на шесть видов:
1) прогиб;
2) выгиб;
3) перекос;
4) крен;
5) скручивание;
6) горизонтальные перемещения фундаментов.
Рассмотрим подробнее каждый из этих видов деформаций.
33
Прогиб и выгиб (рис. 28, а, б) связаны с искривлением сооружения. Возникают они в зданиях и сооружениях с малой жесткостью. Наиболее опасная зона растяжения при прогибе находится в
нижней зоне, а при выгибе – в верхней. Сооружения, обладающие
большой жесткостью, мало подвержены прогибу и выгибу.
Перекос (рис. 28, в) возникает в конструкциях, где резкая не-
равномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности, конструкции при этом сохраняют горизонтальное положение.
Крен (рис. 28, г) проявляется, если основание загружено
несимметрично или имеет несимметричное напластование. Происходит поворот по отношению к горизонтальной оси, которая проходит через центр тяжести. Крен может произойти и в конструкциях, в
которых колонны и стены не связаны жестко с другими конструкциями. Возникает дополнительный момент, который способствует
увеличению крена.
Скручивание (рис. 28, д) происходит при неодинаковом крене
сооружения по длине. Дополнительные усилия развиваются в элементах стен и перекрытий.
а б в
г
д
е
зона
растяжения
Рис. 15. Схемы основных деформаций зданий и сооружений:
а – прогиб; б – выгиб; в – перекос; г – крен; д – скручивание;
е – горизонтальные перемещения
Контрольные вопросы
1. От чего зависят деформации, возникающие в сооружениях?
2. Назовите 6 видов деформаций.
3. С чем связаны прогиб и выгиб сооружения?
4. В каких конструкциях возникает перекос?
а б в
г д е
34
5. Когда проявляется крен сооружения и что происходит при
неодинаковом крене?
6. Какие конструкции подвержены горизонтальным переме-
щениям?
7. В каких зданиях возникают такие деформации, как прогиб и
выгиб?
4.3. Выбор типа и глубины заложения
подошвы фундамента
При всем многообразии геологических условий можно выделить три основные схемы (рис. 16).
Прочный
малосжимаемый
грунт
h
1
h
1
h
2
h
1
h
2
h
3
IIIIII
Малопрочный
сжимаемый
грунт
Прочный
малосжимаемый
грунт
Прочный
малосжимаемый
грунт
Малопрочный
сжимаемый
грунт
Прочный
малосжимаемый
грунт
Рис. 16. Основные схемы напластования грунтов
По схеме I при h1 > 4 м наиболее целесообразным вариантом
является фундамент мелкого заложения.
По схеме II фундамент мелкого заложения зависит от мощности слоя малопрочного грунта h1. При небольшой h1 ФМЗ ставят
подошвой на прочный грунт.
По схеме III наиболее благоприятным для фундамента мелкого
заложения условием является размещение подошвы в третьем слое,
то есть ∑ h1, h2 ≤ 6 м.
Свайные фундаменты могут быть по любой из этих схем, причем заглубление свай по схемам II и III – до прочного грунта.
При выборе типа и глубины заложения фундаментов необходимо решить вопрос о несущем слое грунта. Чем меньше глубина
заложения фундамента, тем меньше его стоимость. Вместе с тем
необходимо учесть физико-механические, деформационные и прочностные свойства грунта, определить, способен ли данный грунт
вынести нагрузку от здания или сооружения.
35
При выборе глубины заложения подошвы фундаментов необходимо учитывать следующие факторы:
1) инженерно-геологические условия площадки строительства;
2) конструктивные особенности возводимого сооружения и
наличие соседних фундаментов;
3) климатическое воздействие на верхние слои грунта.
Во всех случаях, где экономически оправдано и технически
возможно, в качестве оснований для фундаментов принимают
скальные и малосжимаемые грунты (твердые и полутвердые глины
и суглинки, плотные крупнообломочные и песчаные грунты), а также грунты средней сжимаемости (пески средней плотности, тугопластичные глины и суглинки).
Очень часто наиболее рациональным решением является применение ФМЗ на естественном основании. Но в тех случаях, когда в
основании лежат слабые, малопрочные, сжимаемые грунты, принимается решение о возведении фундаментов глубокого заложения
или об устройстве искусственного улучшенного основания.
Выбор типа фундаментов рекомендуется начинать с оценки
экономической целесообразности и технической возможности применения наиболее рационального вида фундамента. Тип и глубину
заложения фундаментов назначают исходя из технико-экономического сравнения различных вариантов по затратам, стоимости материалов и труда.
Контрольные вопросы
1. Назовите три основные схемы оснований.
2. Какие фундаменты предпочтительны по I схеме?
3. При каких условиях допустимо устройство фундаментов
мелкого заложения по II схеме?
4. С чего рекомендуется начинать выбор типа и глубины за-
ложения фундамента?
5. От каких факторов зависит глубина заложения фундамента?
ГЛАВА 5. ФУНДАМЕНТЫ, ВЗВОДИМЫЕ В ОТКРЫТЫХ
КОТЛОВАНАХ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ (ФМЗ)
Деление фундаментов на фундаменты мелкого и глубокого заложения связано с различными способами производства работ по их
возведению и особенностям расчета.
36
5.1. Основные сведения
ФМЗ возводят в котлованах, предварительно открытых на
полную глубину с поверхности грунта (рис. 17). Они имеют следующие особенности:
1) небольшую глубину заложения dф (4–6 м), исключение со-
ставляют фундаменты объектов горной металлургии, глубина заложения которых может достигать 12–15 м;
2) незначительное отношение высоты hф к ширине b: hф b ≤4;
3) устраивают в открытых котлованах;
4) передают нагрузку на основание только через подошву.
H
ф
d
ф
b
Рис. 17. Фундаменты мелкого заложения,
возводимые в открытых котлованах
5.2. Классификация фундаментов мелкого заложения
В зависимости от вида основания, на которое опираются ФМЗ,
они могут быть:
1) на естественном основании;
2) на искусственном основании.
Фундаменты мелкого заложения могут быть жесткими и гибкими. Жесткими называют такие фундаменты, которые в процессе
своей работы не деформируются. В теле гибкого фундамента материал работает как на сжатие, так и на растяжение. Деформации изгиба необходимо учитывать при определении давления под подошвой гибкого фундамента, т. к. такой фундамент может изгибаться.
Контрольные вопросы
1. Что называют фундаментами мелкого заложения?
2. Особенности ФМЗ.
h
ф
ф
37
3. Назовите основные типы ФМЗ.
4. Что называют жесткими и гибкими фундаментами?
5.3. Последовательность проектирования
фундаментов мелкого заложения
Проектирование фундаментов мелкого заложения заключается
в выборе материала и типа фундамента, определении его размеров,
армирования (для железобетонных фундаментов), расчете его по
прочности, а также проверке грунтов основания на устойчивость
и осадку. Прежде чем рассчитать фундаменты по всем этим показателям, необходимо иметь исходные данные по грунтам, нагрузкам
и конструктивным особенностям возводимого сооружения.
Порядок проектирования фундаментов мелкого заложения:
1) выбор глубины заложения фундамента;
2) определение площади подошвы фундамента;
3) конструирование фундамента;
4) определение давления на грунт основания под подошвой
фундамента;
5) проверка давления, действующего на грунт основания;
6) проверка слабого подстилающего слоя (проводится, если
подстилающий слой грунта слабее несущего слоя);
7) расчет основания по деформациям;
8) расчет основания по несущей способности;
9) расчет плитной части фундамента на прочность;
10) определение площади и подбор рабочей арматуры.
5.4. Выбор типа и глубины заложения подошвы фундамента
Проектирование оснований и фундаментов включает две части:
1) выбор типа фундамента и основных размеров (глубины за-
ложения, размеров подошвы фундамента);
2) проектирование детальных размеров тела и арматуры фун-
дамента (толщина плиты и плитной части фундамента, высота
уступов, ребер плиты).
Определение глубины заложения подошвы фундамента
Одним из главных этапов проектирования фундамента является выбор его типа и глубины заложения.
Основная задача состоит в решении вопроса о несущем слое
грунта, который бы обеспечил устойчивость фундамента и сооружения в целом.
38
Для выбора глубины заложения фундамента необходимо учитывать следующие факторы:
1) инженерно-геологические условия площадки строительства;
2) климатическое воздействие на верхние слои грунта;
3) особенности возводимых сооружений (конструктивные
данные).
Рассмотрим более подробно каждый из этих факторов.
1. Инженерно-геологические условия площадки строительства
В данном разделе необходимо рассмотреть физико-механические, прочностные и деформационные характеристики грунтов,
определить, в каком состоянии они находятся (песчаные грунты
рассматриваются по коэффициенту пористости и степени влажности, а глинистые грунты – по числу пластичности и показателю текучести). Для того чтобы определить глубину заложения фундамента, необходимо построить эпюру расчетных сопротивлений грунтов.
Затем необходимо сделать выводы о пригодности грунтов в качестве основания для фундаментов мелкого заложения. Грунты пригодны в качестве основания в том случае, если расчетное сопротивление грунтов больше 200 кПа.
Необходимо также учитывать, что нельзя применять в качестве основания для фундаментов мелкого заложения песчаные
грунты, которые находятся в рыхлом состоянии, и глинистые грунты
в текучем состоянии. Подробнее инженерно-геологические условия
площадки строительства рассмотрены в п. 1.4 данного пособия.
2. Климатические воздействия на верхние слои грунта
В данный расчет входят два пункта:
а) нормативная глубина промерзания грунтов
d
fn
=d0
M
t
,
(52)
где d0 – глубина промерзания при Mt = 1, принимаемая для глин и
суглинков d0 = 23 см; супесей и песков пылеватых и мелких
d
0
=28 см; песков средней крупности, крупных и гравелистых
d
0
=30 см; крупнообломочных грунтов d0 = 34 см; Mt – безразмер-
ный коэффициент, равный сумме абсолютных среднемесячных отрицательных температур за зимний период в районе строительства;
б) расчетная глубина промерзания грунтов
d
f
=
k
h
γ
c
d
fn
,
(53)
39
где kh – коэффициент влияния теплового режима здания на промерзание грунта у наружных стен; γc – коэффициент условий работы,
учитывающий изменчивость климата в районе строительства.
В районах, где сумма среднемесячных отрицательных температур воздуха за отдельную суровую зиму в 1,5 раза и более превышает средние данные, принимаем γc = 1,1 (в южных районах γc = 1).
3. Особенности возводимых сооружений
К особенностям возводимых сооружений относятся:
а) наличие подвальных сооружений;
б) наличие фундаментов под оборудование;
в) примыкание к фундаментам соседних фундаментов;
г) конструкции самого фундамента.
На основе всех факторов, которые были рассмотрены выше,
необходимо принять наибольшее значение глубины заложения.
Контрольные вопросы
1. Назовите порядок проектирования фундаментов мелкого
заложения.
2. От каких факторов зависит глубина заложения фундамента
мелкого заложения?
3. Что называется осадкой фундамента?
4. В каком случае проводится проверка слабого подстилаю-
щего слоя?
5. Как определяются природные напряжения?
6. От чего зависят дополнительные напряжения?
7. Для чего определяется нижняя граница сжимаемого грунта?
8. Назовите предельно допустимое значение осадки.
ГЛАВА 6. СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Когда верхние слои грунтов основания являются слабыми,
возведение фундаментов мелкого заложения на таком основании
проблематично. Возникает необходимость задействовать нижележащие более прочные слои грунта, т. е. устраивают фундаменты
глубокого заложения (ФГЗ).
Самым распространенным видом ФГЗ является свайный фун-
дамент (СФ). При строительстве зданий и сооружений применяют
два вида свайных фундаментов: безростверковые и с ростверками.
40
6.1. Конструктивные особенности свайных фундаментов
Свайный фундамент состоит из свай и ростверка (рис. 18). Несущими элементами свайного фундамента являются сваи. Безростверковый свайный фундамент состоит только из свай.
Ростверк – это конструкция, которая устраивается по головам
свай и объединяет их для совместной работы по передаче нагрузки
от сооружения на грунты основания. Нижняя плоскость ростверка
называется его подошвой.
Свая – длинный стержень, погружаемый в грунт в готовом виде (забивные сваи) или изготавливаемый в грунте (набивные сваи)
и предназначенный для передачи давления от здания или сооружения на грунт основания.
2
1
3
5
4
6
Рис. 18. Конструкция свайного фундамента и сваи:
1 – свая; 2 – ростверк; 3 – голова сваи; 4 – острие сваи;
5 – ствол; 6 – подошва ростверка
Головы свай обычно заделываются в ростверк.
Длина сваи – это размер от подошвы ростверка до начала заострения. Определяется этот размер глубиной залегания слоя прочного малосжимаемого грунта, в который заглубляется свая, а также
отметкой заложения подошвы ростверка.
При определении длины сваи необходимо учесть, что, если на
относительно небольшой глубине находятся скальные грунты, пылевато-глинистые грунты, находящиеся в твердом и полутвердом состоянии, а также песчаные крупно- и среднезернистые пески плотного сложения, предпочтительно заглубить сваи в такие прочные грунты. Самым прочным основанием считаются скальные грунты: несущая способность свай, опирающихся на такие грунты, очень большая, т. к. расчетное сопротивление их достигает 10–15 МПа.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]