7. Виды оснований и фунд. Вариантное проектирование.
Основанием зданий и сооружений называется массив грунта, находящийся ниже подошвы их фундаментов и воспринимающий нагрузку от фундаментов и надземных конструкций.
Основание, сложенное грунтами в естественном неизмененном природном состоянии, называется естественным основанием. Если естественное основание подвергалось каким-либо воздействиям с целью улучшения прочностных и деформационных свойств, то оно называется искусственным основанием.
Плотные песчаные грунты и пески средней плотности, глинистые твердые, полутвердые, тугопластичные грунты являются хорошим основанием и используются в качестве оснований обычно в естественном состоянии. Рыхлые пески, лессовые и набухающие грунты, илы и заторфованные грунты при определенных условиях проявляют специфические свойства, которые ухудшают их естественные (природные) прочностные и деформационные показатели. Поэтому подобные грунты искусственно улучшаются рядом способов: поверхностным и глубинным уплотнением, химическим закреплением, обжигом и т.д.
Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий или сооружений, а также оборудования на грунты основания. Фундаменты служат для более равномерного распределения нагрузок по поверхности основания и передачи таких давлений подошвой фундамента на грунты, которые не вызовут их разрушения или недопустимых деформаций.
Сначала для зданий и сооружений рассматривается возможность применения фундаментов мелкого заложения (столбчатые, ленточные, щелевые, сплошные фундаменты в виде железобетонных плит, коробчатые фундаменты), то есть фундаментов, устраиваемых в открытых котлованах. Затем рассматриваются свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения (опускной колодец, кессон, тонкостенная оболочка, стена в грунте). Если не удается воспользоваться грунтами в основаниях в их естественном состоянии, то есть без улучшения строительных свойств, то прибегают к устройству искусственных оснований благодаря уплотнению грунтов, водопонижению, закреплению и др.
Стоимость фундаментов в среднем составляет 10-12 % от стоимости строительства, однако при сложных инженерно-геологических условиях она может быть существенно большей, достигая даже 30 % и более. Поэтому необходимо производить рациональное проектирование оснований и фундаментов с рассмотрением возможных вариантов и их последующим технико-экономическим сопоставлением. Следует принимать во внимание не только конструкцию фундаментов, но и технологию производства работ по их возведению.
8. Массивные опускные колодцы. Применение, изготовление, погружение.
При устройстве фундаментов методом опускного колодца на поверхности грунта возводят пустотелую нижнюю часть фундамента в виде колодца. Через вертикальную полость в колодце с помощью землеройных механизмов из-под него извлекают грунт. Под действием силы тяжести колодец погружается в грунт. Для погружения колодцев можно использовать дополнительную нагрузку, создаваемую с помощью вертикальных анкеров, заделываемых в грунт намного ниже проектного положения колодца. Дополнительная нагрузка позволяет принимать меньшую массу колодца и гарантировать его погружение в заданном направлении. По мере опускания колодца его наращивают. После погружения на проектную глубину нижнюю часть колодца заполняют бетонной смесью. В настоящее время опускные колодцы применяют (иногда с автоматической разработкой грунта) для устройства фундаментов под тяжелые сооружения (мосты, башни и др.) и для возведения подземных сооружений.
Колодцы во многих случаях проектируют цилиндрической формы. При одинаковом давлении грунта со всех сторон вертикального цилиндрического сооружения в радиальных сечениях стенок в горизонтальном направлении будут действовать только напряжения сжатия. Напряжения изгиба в радиальных сечениях стенок таких сооружений могут возникнуть лишь при неодинаковом давлении грунта по их периметру. Для облегчения погружения колодца нижнюю часть его оборудуют специальным ножом из стали. В ряде случаев опускные колодцы устраивают сборной конструкции с вертикальным или горизонтальным членением на панели или кольца. Сборные элементы замоноличиваются. Конструкции опускного колодца рассчитывают на усилия, возникающие в них как при погружении, так и при эксплуатации колодца. Прямоугольные в плане опускные колодцы, в т. ч. многоячейковые, рассчитываются на изгиб как рамы с замкнутым контуром.
Для разработки грунта в колодце применяют грейферы или экскаваторы с бульдозером. Разработка грунта механизмами (грейфером, эрлифтом) или иным способом возможна без водоотлива или устройства экрана. К недостаткам разработки грунта из-под воды относятся сложность контролирования этого процесса, неполное заполнение ковша грейфера, а также трудность удаления крупных включений (валунов, стволов деревьев), которые могут попасть под нож колодца. В таких случаях применяют кессонный метод устройства фундаментов.
Погружению колодца в основание сопротивляются силы трения стен колодца о грунт. Для уменьшения трения колодцам придают коническую или цилиндрически - уступчатую форму. При повышенном У.Г.В. в слабых грунтах, наличии валунов и т. п. – возникает необходимость прибегать к кессонному способу устройства фундаментов.