4.1. Общие положения по проектированию оснований и фундаментов.

1) Классификация оснований и фундаментов.

Инженерное сооружение состоит из надземной части и фундамента, расположенного ниже уровня воды в реке или поверхности земли. Основное назначение фундамента - передать грунту давление от собственного веса сооружения и действующих на него нагрузок. массив грунта, воспринимающий давление от фундамента, называется основанием. Основание не имеет четко выраженных границ, так как давление в грунте распространяется (теоретически) беспредельно. При решении практических задач за границу основания принимают те слои грунта, в которых напряжения, возникающие от давления фундамента, малы и их можно не учитывать.

Фундаменты и их основания - ответственные элементы сооружения, от качества и надежности которых в большой степени зависят долговечность и безопасность его эксплуатации. Фундаменты мостовых опор обычно возводят в сложных гидрогеологических условиях, вынуждающих применять конструкции и способы устройства, как правило, во многом отличающиеся от фундаментов промышленных, гражданских и других инженерных сооружений. В фундаментах принято различать: обрез - плоскость, разделяющую фундамент от надфундаментной части; подошву - плоскость, которой фундамент опирается на грунт; высоту фундамента - расстояние между его обрезом и подошвой; глубину заложения - расстояние между поверхностью грунта и подошвой . Чтобы обеспечить устойчивость сооружения, фундаменты располагают на прочных грунтах. От глубины залегания прочных грунтов зависят условия работы фундамента в грунте, его конструкция и способ возведения. В современном строительстве применяют различные конструкции и способы устройства фундаментов, которые условно разделяют на две основные группы - мелкого и глубокого заложения.

Фундаменты мелкого заложения.

Если фундамент заложен на глубине до 5--6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1,5-2, то его называют фундаментом мелкого заложения и возводят в заранее открытой выемке, называемой котлованом. Большинство жилых и промышленных зданий, а также многих других инженерных сооружений имеют фундаменты мелкого заложения. Возможность без больших затрат обнажать прочные слон грунта и использовать их в качестве основания определяет и конструктивную форму фундамента. В этих условиях под сооружение, имеющее небольшую протяженность в плане, например под опору моста фундамент возводят в виде сплошного массива и называют массивным. Если длина фундамента значительно больше ширины, то его называют ленточным. Ленточные фундаменты возводят под колонны, когда последние расположены на небольшом расстоянии друг от друга, под стены зданий, под подпорные стенки и другие аналогичные сооружения большой протяженности. Если расстояние между колоннами большое, то колонны располагают на отдельных фундаментах небольшого объема, называемых башмаками или подушками. Для уменьшения давлений на грунты основания иногда

приходится возводить под всем сооружением сплошной фундамент, состоящий из горизонтальных плит и вертикальных стен. Сплошные фундаменты устраивают под высотные здания, водона­порные башни, элеваторы и т. п.

Фундаменты глубокого заложения.

Если подошва фундамента расположена на глубине более 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы более 1,5-2, то фундамент будет глубокого за ложения. Такие фундаменты, в свою очередь, подразделяются на свайные, опускные колодцы и кессонные.

С в а й н ы й Ф у н д а м е н т состоит из свай и объединяющей их поверху плиты. Подошвой его будет поверхность, где располагаются нижние концы свай. В этом уровне все на грузки, действующие на фундамент, передаются нижележащему грунту, а грунт, расположенный между сваями, служит промежуточной средой, способствующей передаче нагрузок на грунт основания . Плита свайного фундамента, называемая ростверком, может быть расположена на разных уровнях по отношению к поверхности земли. Она может быть заглублена в грунт, может быть расположена и выше поверхности земли. На верхней поверхности плиты (на обрезе) свайного фундамента располагается надфундаментная часть сооружения. Есть также конструкции, в которых сваи и объединяющая их плита выполняют функции и фундамента и надфундаментной части сооружения.

О п у с к н ы е к о л о д ц ы бывают массивными или тонкостенными. Массивные колодцы представляют собой бетонную или железобетонную толстостенную конструкцию, которую погружают под действием собственного веса до прочных слоев грунта. Грунт из внутренних полостей колодца извлекают и полости частично или полностью заполняют кладкой. В результате получается массивный фундамент глубокого заложения. К тонкостенным колодцам относятся железобетонные оболочки диаметром свыше 3 м, принудительно погружаемые в грунт. Глубина погружения колодцев может быть значительной. Известны случаи, когда колодцы погружали в грунт до 50 м. Если опусканию колодцев препятствуют твердые труднопроходимые прослойки скальных пород или отдельные включения в виде валунов, погребенных стволов деревьев, заиленных частей разру шенных конструкций и т. д., то возводят к е с с о н н ы й ф у н д а м е н т, состоящий из кессона и надкессонной кладки.

Кессон представляет собой перевернутый ящик, на потолке которого возводят кладку тела фундамента. Для разработки грунта при погружении кессона в его рабочую камеру подают сжатый воздух, который отжимает воду и осушает камеру, обеспечивая возможность разработки. Работы под сжатым воздухом вредны для человеческого организма, поэтому при постройке мостов кессонные фундаменты разрешается применять в исключительных слvчаях. Наибольшая глубина опускания кессонов, считая от уровня воды составляет около 35 м; при этой глубине избыточное давление в рабочей камере кессона может достигать предельного значения 4 кгс/см2, при котором еще возможно разрабатывать грунт.

Классификация оснований.

Основания могут быть естественными и искусственно укрепленными. В естественных основаниях используются природные свойства грунтов без какого-либо их изменения, а в искусственно укрепленных свойства грунтов улучшают механическими или химическими методами. Искусственное укрепление с успехом применяют в промышленном и гражданском строи­тельстве для улучшения слабых, легкосжимаемых грунтов. В мостостроении к таким основаниям прибегают редко.

Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты.

3. Вариантность в выборе типа оснований и вида фундаментов.

Выбор основания (несущего слоя) производится в зависимости от инженерно-геологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей проектируемого здания и сооружения, возможностей местных строительных организаций; грунты основания должны обеспечивать надежную работу конструкций зданий и сооружений при минимальных объемах строительных работ по устройству фундаментов и сроках их выполнения. В качестве основания могут приниматься любые грунты; не рекомендуется использование в качестве основания илов, торфов, рыхлых песчаных и текучепластичных глинистых грунтов. При свайных фундаментах грунты основания должны позволять максимально использовать прочность материалов свай при минимальном их сечении, длине и заглублении подошвы ростверка. При выборе основания зданий и сооружений необходимо учитывать в отдельных случаях выполнение специальных работ, связанных с инженерной подготовкой площадки строительства: планировочные работы, уплотнение грунтов, водопонижение или водоотлив, противооползневые мероприятия и т. п. Выполнение этих работ требует дополнительного времени и затрат и может влиять на выбор конструкций фундаментов. Выбирая основания и конструкции фундаментов для здания, возводимого рядом с существующим, следует учитывать тип и состояние конструкций фундаментов существующего здания, требования к действующему технологическому оборудованию на возможные динамические воздействия при производстве работ, конструктивные и технологические особенности проектируемого здания, возможности строительных организаций. Принятые конструкции фундаментов должны быть технологичны в строительном производстве. Конструкции фундаментов здания или сооружения должны характеризоваться минимальными величинами приведенных затрат, материалоемкости, энергоемкости, трудоемкости. В отдельных случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании оказывается более выгодным применить более дорогие конструкции, если при этом обеспечивается ускорение ввода объекта в действие и получение за счет этого дополнительной продукции.