Фундаменты глубокого заложения реферат
Обновлено: 02.07.2024
2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундаментов.
2.2 Расчет фундаментов
2.3 Расчет осадки фундамента
2.4 Расчет осадки фундамента во времени
3. Вариант свайных фундаментов
3.1 Выбор типа и конструкции свай и свайного фундамента. Назначение глубины заложения ростверка.
3.2 Определение несущей способности сваи и расчетной нагрузки, допускаемой на сваю по грунту основания и прочности материала сваи. Определение количества свай в фундаменте. Проверка фактической нагрузки, передаваемой на сваю
3.3 Расчет осадки свайных фундаментов
4. Сравнение вариантов фундаментов и выбор основного
4.1 Подсчет объемов работ и расчет стоимости устройства одного фундамента по первому и второму вариантам
4.2 Технико-экономическое сравнение вариантов и выбор основного
4.3 Рекомендации по производству работ, технике безопасности, охране окружающей среды (по выбранному варианту)
1. Исходные данные. Оценка инженерно-геологических условий площадки
1.1 Назначение и конструктивные особенности подземной части здания
Проектирование фундаментов является одним из сложных вопросов проектирования конструкций зданий и сооружений. При проектировании инженер решает сам вопрос о выборе материала, из которого будет выполняться конструкция. При проектировании фундаментов необходимо считаться с имеющимися грунтами на площадке строительства и использовать их строительные качества, с тем, чтобы принять их рациональное решение.
При проектировании фундаментов в сложных грунтовых условиях необходимо учитывать совместную работу грунтов основания и надземных конструкций.
1.2 Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрогеологические условия
Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки начинается с изучения напластования грунтов. Для этого по исходным данным строим геологический разрез (уч. шифр 391). В колонке скважина фиксируем уровень воды и указываем водоупорный слой (Таблица 1).
Таблица 1. Геологический разрез по скважине.
1.3 Строительная классификация грунтов площадки
В механике грунтов выделяют два существенно различающихся по своим механическим свойствам основных класса грунтов: скальные и нескальные.
Скальными называют твердые горные породы, которые в невыветренном состоянии и при отсутствии тектонической раздробленности и трещиноватости отличаются очень малой сжимаемостью и значительной прочностью.
Нескальными – грунты, состоящие из легко разделяющихся в воде несцементированных или слабо сцементированных обломков горных пород и минеральных частиц различной крупности. Они образуют пористые толщи, часто достигающие значительной мощности.
На площадке по исходным данным имеются глинистые грунты, а именно суглинок и глина. Мощность почвенного слоя составляет 0,2 м. Отметка уровня подземных вод равна 132,1 м, и по данным геологического разреза грунтовые воды находятся в слое песка, под которым находится слой глины – водоупора.
1.4 Оценка строительных свойств грунтов площадки и возможные варианты фундаментов здания
Для качественной оценки строительных свойств грунтов производится их классификация согласно ГОСТ 25100-82. По исходным данным в таблице 2 вычисляем характеристики физических свойств, к которым относятся:
- для песчаных грунтов – коэффициент пористости и степень влажности;
- для пылевато-глинистых грунтов – число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости и степень влажности;
Коэффициент пористости (отношение объема пор к объему частиц грунта) определяется по формуле:
где - плотность частиц грунта;
– плотности грунта;
w – природная влажность в долях единицы;
Степень влажности грунта определяется по формуле:
где - плотность воды, 1г/см3;
– коэффициент пористости;
Типы пылевато-глинистых грунтов устанавливают по числу пластичности определяемому по формуле:
где – влажность на границе текучести;
– влажность на границе раскатывания;
Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов находится по формуле:
По значениям характеристик физических свойств грунтов, определяющих их тип и разновидность выписываются из соответствующих таблиц СНиП 2.02.01-83
Значения угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С, модуля деформации Е, и расчетного сопротивления грунта .
Оценка строительных свойств грунтов приведена в таблице 2.
Наименование грунта по ГОСТу
2. Фундаменты мелкого заложения
2.1 Выбор типа и конструкции фундаментов. Назначение глубины заложения фундаментов
Тип фундамента выбирается в зависимости от характера передачи нагрузки на фундамент: под стены зданий обычно устраиваются ленточные фундаменты из сборных элементов, под сборные железобетонные колонны — отдельные фундаменты стаканного типа.
Глубина заложения фундамента зависит от многих факторов. Определяющими из них являются:
- инженерно-геологические и гидрологические условия площадки и положение несущего слоя грунта;
- глубина промерзания грунта, если в основании залегают пучинистые грунты;
- конструктивные особенности подземной части здания.
Глубину заложения ленточного фундамента Ф1 назначаем по конструктивным соображениям на 0.4 м ниже пола подвала т.е. -3.4м;
Глубину заложения фундамента Ф3 назначаем по конструктивным соображениям, верх стакана должен быть на 0.1 м ниже пола подвала (высоту фундамента принимаем 1.2м с глубиной стакана 0.9 м) т.о.
Отметка подошвы фундамента Ф3: -3.00-0.1-1.2= -4.3м;
2.2 Расчет фундаментов
В соответствии п. 4.2 СНБ 5.01.01-99 основания фундаментов должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первая группа — по несущей способности, вторая — по деформациям.
Расчет фундамента Ф1
Размеры подошвы фундамента зависят от ряда связанных между собой параметров и устанавливаются путем последовательного приближения. В порядке первого приближения площадь подошвы фундамента А определяется по формуле:
Где – Расчетная нагрузка в плоскости обреза фундамента для расчета основания по предельному состоянию второй группы;
– Расчетное сопротивление грунта, залегающего под подошвой фундамента;
- Осредненное значение удельного веса материала фундамента и грунта на его уступах, принимается равным 20 кН/м3;
– глубина заложения фундамента от уровня планировки, м.
– 150 кН; – 24 кНЧм;
– 200 кПа; - 3.4 м.
Принимаем ширину подошвы фундамента 1.2м.
По расчетному сопротивлению глубина заложения - 4.0 м удовлетворяет. Фундамент будет располагаться во втором слое – песка мелкого плотного с
R= 400 кПа, который может быть несущим.
Определим суммарные нагрузки и воздействия на подошве фундамента:
Боковое давление грунта на отметке планировки:
На отметке подошвы фундамента:
Где = 16 кН/м2 удельный вес грунта засыпки;
- приведенная толщина эквивалентного веса временной нагрузки;
Где = 10 кН/м2 временная нагрузка на поверхности планировки;
d – глубина заложения фундамента, относительно поверхности земли, -2.4м.
- Осредненное значение угла сдвига грунта засыпки, принимаем 24˚;
Равнодействующая бокового давления грунта засыпки на стену подвала расчетной длиной 1.0 м:
Точка приложения равнодействующей:
- Нормальная вертикальная нагрузка:
Где - расчетная нагрузка от веса фундамента;
- расчетная нагрузка от веса грунта на консоли подушки;
- Момент в плоскости подошвы фундамента:
Где - момент в плоскости обреза фундамента, 24 кН*м (по заданию);
Проверка напряжений в основании фундамента:
(менее 10%)
(12)
где P – среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
– соответственно максимальное и минимальное значение краевого давления по подошве внецентренно нагруженного фундамента, определяется по формуле:
(14)
условие 3 не выполняется, необходимо увеличение ширины фундамента, принимаем ширину подошвы фундамента 1.5м;
- расчетное сопротивление грунта основания кПа, находится по формуле:
gс1 = 1,3 (зависит от типов грунтов)
gс2 = 1,15 (зависит от соотношения L/H и интерполировать по данным
таблицы В.1 СНБ 5.01.01-99)
Mq = 8.24 зависят от j по таблице В.2
dI = 2.4 (глубина заложения фундаментов без подвальных сооружений от уровня планировки или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов)
Р = 141.5 кПа Ј 593.4 кПа
Pmax =255.6 кПа Ј 1,2 * 593.4 кПа
Pmin = 27.4 кПа > 0
Рисунок 1. Расчетная схема фундамента Ф1.
Окончательно принимаем ширину подошвы фундамента Ф1 1.5м, толщину стены фундамента 0.6 м из блоков ФБС.
Расчет фундамента Ф3
Размеры подошвы фундамента:
–3400 кН
– 400 кПа; – 1.2 м.
Принимаем размеры подошвы фундамента кратными 300мм
Площадь подошвы = 9.9 м2.
Высоту фундамента принимаем 1200 с глубиной стакана 900 мм.
- Нормальная вертикальная нагрузка:
- Среднее давление под подошвой фундамента, кПа;
-Максимальное и минимальное напряжение в основании фундамента:
Проверка напряжений в основании фундамента:
Р = 367.4 кПа Ј 400 кПа ( 0
Окончательно для фундамента Ф3 оставляем размер подошвы 3.3 х 3.0 м.
2.3 Расчет осадки фундамента мелкого заложения
Значение конечной осадки фундамента определяется по методу послойного суммирования по формуле:
Где s – конечная (стабилизированная) осадка фундамента;
– осадка i – слоя грунта основания;
- безразмерный коэффициент принимаемый 0.8;
n – число слоев, на которое разбита сжимаемая толща основания;
- среднее значение дополнительного напряжения в i-слое грунта;
- толщина i- го слоя;
- модуль деформации i –го слоя грунта.
Расчет осадки производится в такой последовательности:
На геологический разрез наносят контур фундамента;
Толщу основания делят на слои ах некоторой ограниченной глубины (ориентировочно 4-кратной ширины подошвы фундамента). Толщину слоем принимают 0.4 ширины фундамента ( ;
Вычисляют значения вертикального напряжения от собственного веса грунта на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента, по формуле:
где – напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента;
- удельный вес грунта, залегающего выше подошвы фундамента;
– глубина заложения фундамента от поверхности природного рельефа;
- соответственно удельный вес и толщина i-го слоя грунта.
Удельный вес грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, но выше водоупора, принимается с учетом взвешивающего действия воды. При определении в водоупорном слое следует учитывать давление столба воды;
Определяют дополнительные вертикальные напряжения на границах выделенных слоев по оси Z, проходящей через центр подошвы фундамента по формуле:
Где - коэффициент принимаемый по табл. I прил.2 СНиП 5.01.01-99;
– дополнительное вертикальное давление на основание;
P – среднее давление под подошвой фундамента;
Устанавливают нижнюю границу сжимаемой толщи грунта основания, принимая ее на глубине z = hc, где выполняется условие:
Вычисляют значение деформации каждого слоя сжимаемой толщи, а затем определяют осадку фундамента суммированием деформаций отдельных слоев.
Расчет осадки фундамента Ф1:
Напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента:
Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Фундаменты глубокого заложения, как правило, применяются в случае необходимости прорезки слабых грунтов или для сооружений, передающих на основание значительные нагрузки. Такие фундаменты можно охарактеризовать следующими особенностями:
1) фундамент сооружается способами, исключающими необходимость предварительного вскрытия котлована;
2) работа основания, пригруженного значительной толщей вышележащих грунтов, под нагрузкой протекает иначе, чем при мелком заложении (разрушение основания в виде выпирания грунта на поверхность исключается);
3) при расчете фундамента на горизонтальные силы и моменты оказывается возможным учитывать заделку фундамента в окружающем его массиве грунта и передавать на этот массив значительные нагрузки;
4) вследствие того что способы производства работ обеспечивают плотное прилегание грунта к боковой поверхности фундамента, для восприятия вертикальных усилий наряду с реактивным давлением грунта по подошве фундамента могут быть введены в расчет силы трения, развивающиеся по боковой поверхности фундамента.
В качестве материала для фундаментов наиболее часто применяют железобетон, бетон, каменные материалы. В качестве рабочей арматуры, как правило, используют горячекатаную арматурную сталь класса А-III.
Фундаменты могут выполняться в монолитном варианте непосредственно на строительной площадке или в сборном варианте из заранее изготовленных на заводе элементов.
Ростверки выполняются из монолитного, реже сборного железобетона. Если ростверк опирается непосредственно на грунт, он называется низким если между ним и грунтом остается зазор – высоким. В ряде случаев могут быть наиболее эффективными безростверковые свайные фундаменты: на сваях монтируются железобетонные наголовники (на строго заданных отметках), и надземные конструкции опираются непосредственно на них.
Последние десятилетия разработано много новых конструкций свайных фундаментов, которые экономически более эффективны, чем традиционные типы, но чаще всего сложней их.
В настоящее время сваи изготовляются в основном из железобетона. В отдельных случаях могут использоваться другие материалы (дерево, сталь), но это бывает редко. В мировой практике известно около 500 видов свай, однако, широкое применение имеют лишь очень малая их часть. Существуют различные классификации свай, среди которых в первую очередь следует назвать разделение свай по месту их изготовления:
• сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (с использованием специальных машин и монолитного бетона).
В нашей стране наибольшее распространение получили предварительно изготовленные (забивные) сваи, что в значительной мере связано с суровыми климатическими условиями нашей страны, а также с общей ориентацией строительной отрасли быв. СССР на сборный железобетон.
За рубежом сваи, изготовляемые на строительной площадке, используются шире, чем готовые сваи, погружаемые забивкой или другими способами.
Сваями, сваями-оболочками называются относительно длинные, различной конфигурации конструктивные элементы, погружаемые в грунт или формируемые в нем в вертикальном или наклонном положении. Эти элементы передают нагрузки от сооружения на основание за счет сопротивления грунта по торцу и по боковой поверхности конструкции.
Свайными конструкциями называют группу свай или свай-оболочек, объединенных поверху плитами или фундаментными балками-ростверками, которые обеспечивают передачу и относительно равномерное распределение нагрузки от сооружения на сваи и их совместную работу. На них возводят несущие конструкции или они сами служат несущими конструкциями.
В зависимости от условий работы конструкции и направления действующих на нее сил все сваи погружают вертикально, наклонно или часть свай — вертикально, а часть — наклонно, учитывая при этом, что сваи лучше всего работают на осевое сжатие.
рис. 8.1. Свайные конструкции а — с высоким ростверком; б — с низким ростверком; 1 — сваи; 2 – ростверк
Различают свайные конструкции с высоким ростверком, нижняя поверхность которого расположена выше отметки спланированной земли или размыва грунта около сооружения, и с низким ростверком, подошва которого расположена ниже этих отметок (рис. 8.1). Сваи с высокими ростверками являются своеобразными инженерными сооружениями (мосты и их опоры, причалы, пирсы и др.), в которых сваи могут работать на изгиб, центральное и внецентренное сжатие и растяжение. Эти конструкции рассчитываются как плоские или пространственные рамы, где ростверк принимают за жесткий или гибкий ригель, а сваи, заглубленная часть которых является фундаментом, — за вертикальные или наклонные гибкие стойки. Конструкция сваи с низким ростверком состоит из совместно работающих ростверка, свай и грунта в межсвайном пространстве и их рассматривают как свайный фундамент. В этих конструкциях сваи почти полностью погружены в грунт и работают преимущественно на сжатие.
В промышленных и гражданских зданиях, в которых преобладают вертикальные нагрузки, к свайным фундаментам относят сваи с ростверками, расположенными на поверхности или несколько возвышающимися над поверхностью земли или над отметкой подполья. Наземные конструкции зданий и сооружений возводят непосредственно на ростверках или между ростверком и конструкциями предусматривают дополнительные элементы — стеновые блоки или специальные конструкции нижних панелей стен зданий, которые непосредственно устанавливаются на сваи.
Широкое применение в промышленном и гражданском строительстве свай, свай-оболочек и свайных фундаментов обусловлено увеличением нагрузок на опоры, увеличением объема строительства на площадках с плохими грунтовыми условиями в связи с запрещением использования участков, занятых сельскохозяйственными угодьями, а в ряде случаев более простым и экономичным решением конструкций подземных частей зданий.
Сваи, сваи-оболочки и тонкостенные оболочки различают по ряду признаков: по материалу, по условиям изготовления и погружения, по передаче нагрузки на грунты основания, по размерам и формам поперечного и продольного сечения, по взаимодействию с грунтами.
Если фундамент закладен на глубину 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 котлованах.
Если подошва фундамента расположена на глубине больше 5-6 м м и отношение этой глубины к ширине подошвы больше 1,5-2, то такой фундамент будет глубокого заложения.
Фундаменты глубокого закладывания подразделяются на свайные, опускные колодцы, кессоны. Они имеют разные специфические способы производства работ и соответственно особые конструкции.
Кроме этого фундаменты глубокого заложения и мелкого заложения отличаются:
- способом производства работ;
- расчетами: при расчетах фундамента мелкого заложения учитывается работа (сопротивление) грунта только на подошве фундамента, фундаментов глубокого заложения – учитывается еще и сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, то есть фундамент рассчитывается с учетом его заделки (защемления) в грунте.
Основания подразделяютсяна:
- естественные и искусственные;
- скальные и нескальные.
Скальные основания представляют собой массивные каменные горные породы, изверженные, метаморфические и осадочные, которые спаяны и сцементированы жесткой связью между зернами, и которые залегают в виде сплошного массива или трещиноватой толщи и характеризующиеся значительными пределами прочности при сжатии (больше 50 кгс/см2).
Деформации скальных оснований при действии нагрузки от сооружений небольшие и их часто не учитывают.
При выборе отметки заложения оснований сооружения важным является глубина заложения скальных пород, их трещиноватость, обломочность, мощность, зоны выветривания.
Это самые надежные и несжимаемые основания.
Нескальные основания представляют толщу рыхлых горных пород –грунтов несвязных или связных, но прочность их внутренних связей во много раз меньше прочности материала самих минеральных часттиц. Это отложения крупнообломочных, песчаных, глинистых и илистых грунтов. Эти основания требуют к себе наибольшего внимания при возведении сооружений, так как им свойственна значительно большая деформируемость и неоднородность по сравнению со строительными материалами, из которых возводятся сооружения(бетон, железобетон, и тому подобное).
Если фундамент возводится на грунте с сохранением его природных качеств, то есть на грунте ненарушенной структуры, то такое основание называется естественным.
Если грунт перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом , то такое основание называется искусственным.
2. Глубина заложения фундаментов. Нормативные положения. Выбор рационального фундамента.
Выбрать глубину заложения– это значит найти в напластовании грунтов несущей площадки несущий слой, способный выдержать давление от сооружения и правильно заложить в нем подушку фундамента.
От принятой глубины заложения зависит тип фундамента, его конструкция и способ производства работ.
Чем выше заложена подошва, тем экономический фундамент (меньшая стоимость работ на его устройству).
Так как верхние слои грунта не обладают достаточной несущей способностью, необходимо заглубление подошвы фундамента. Для одних и тех же грунтовых условий можно избрать несколько вариантов глубины заложения и типов фундаментов. Выбирается наиболее экономичный фундамент путем сравнения технико-экономических показателей.
Решая вопрос о выборе глубины закложения фундамента, типа фундамента, учитывают три основных фактора:
1) инженерно-геологические условия площадки строительства;
2) климатические воздействия на верхние слои грунта;
3) особенности сооружений как возводимых, так и расположенных
Инженерно-геологические условия площадки строительства
Выбор глубины заложения и типа фундамента начинается с оценки грунтовых условий (несущей способности грунтов) на основе материалов инженерно-геологических исследований, то есть изысканий, в которых должны быть отражены:
- геологическое строение места строительства сооружения (грунтовые колонки, геологические разрезы, геологические характеристики грунтов);
- сведения об инженерно-геологических процессах в районе строительства (оползни, карстовые явления, и тому подобное);
- физические и механические характеристики грунтов, полученные в результате полевых и лабораторных испытаниях;
- гидрологические условия (сведения о подземных грунтовых водах, их режимах, агрессивности по отношению к материалу фундамента, сведения о режимах рек).
Оценку несущей способности грунтов выполняют послойно сверху вниз по геологическим разрезам и грунтовым колонкам.
Каждая площадка строительства имеет свои специфические особенности. Напластование грунтов сугубо индивидуально. Но в большинстве случаев могут быть выделены три характерные схемы грунтовых условий (рис. 2)
1- прочный грунт (надежный);
2- малопрочный грунт (слабый).
Схема 1: Толщина надежных грунтов может состоять из нескольких слоев, но подстилающие слои должны иметь качества по сжимаемости и сопротивлению грунта сдвигу не ниже верхнего слоя толщи (то есть каждый нижележащий слой прочнее предыдущего).
Глубина заложения зависит от климатических условий и особенностей сооружения. Самое простое решение – принятие минимальной глубины заложения, допускаемой при учете климатических воздействий и особенностей сооружения (рис. 3)
г) слабые грунты могут быть уплотнены или заменены песчаной подушкой.
Схема 3: В этом случае рекомендуются такие решения:
К инженерно-геологическим относятся и гидрогеологические условия.
Климатические воздйствия на верхние слои грунта.
Под воздействием промерзания и протаивания, высыхания и увлажнения верхние слои грунта могут изменять свой объем, вызывая неравномерные деформации основания и фундамента. Наиболее опасным является сезонное промерзание грунтов.
Многие грунты при промерзании увеличиваются в объеме (испытают пучение). Это пучиноопасные грунты. К ним относятся глинистыегрунты, пылеватые и мелкозернистые пески.
Непучиноопасными является среднезернистые, крупнозернистые и гравелистые пески, гравий, галька, медленно выветривающиеся скальные породы.
При расположении подошвы фундамента в зоне промерзания при пучинистых грунтах на фундамент могут действовать силы пучения, нормальные к его подошве и касательные к боковой поверхности.
В случае превышения нормальными силами пучения величины давления на грунт сооружения, в процессе промерзания грунтов могут возникнуть неравномерные и значительные подъемы фундамента, а при оттаивании – неравномерные осадки. Это приводит к разрушению сооружения.
где df – расчетная глубина сезонного промерзания грунта для данной местности;
dfn– нормативная глубина сезонного промерзания;
kh – коэффициент влияния тепловодного режима сооружения;
kh=1,1 – для мостов.
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет при определенных условиях (над оголенной от снега поверхности при уровне меженных вод ниже уровня сезонного промерзания).
Особенности сооружений возводимых и соседних.
К особенностям сооружений относятся нагрузки, передаваемые на основание, чувствительность конструкций к неравномерным осадкам, планируемая долговечность сооружения и их уникальность. Кроме того наличие подвалов, приямков, характер подземного хозяйства около объекта строительства. Примыкание к фундаментам ранее построенных зданий приводит к необходимости учитывать глубину заложения существующих фундаментов здания, чтобы не нарушать структуру грунта под их подошвами.
Пример учета особенностей сооружения: Для мостов внешне статически неопределимых систем наиболее пдходящими грунтами для оснований яляются малосжимаемые скальные и полускальные грунты. При соответствующем обосновании расчетом пролетних строений могут применяться плотные крупнообломочные грунты, крупнозернистые пески. При других грунтах обычно применяют статически определимые пролетные строения.
3. Предельные состояния оснований. Общие положения расчетов.
Расчет по предельным состояниям впервые был предложен и внедрен советскими учеными Стрелецким Н.С., Гвоздевым А.А. и др., он позволяет получить наиболее экономичные конструктивные решения при разумном запасе несущей способности втечение всего срока службы сооружения.
Предельными называется такие состояния, при которых становится невозможной или вызывает значительные затруднения нормальная эксплуатация сооружения.
Предельные состояния делятся на 2 группы:
І группа – состояния, когда эксплуатация сооружения невозможна из-за исчерпывания его несущей способности (прочность, стойкость);
ІІ группа – состояния затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения (деформированность).
Наиболее опасным являются нарушения состояний І группы, которые ведут к полному или частичному разрушению сооружения.
Предельные состояния І группы проявляются в виде просадок фундамента, вызванных потерей устойчивости грунтоа основыания, а также в виде потери устойчивости положения фундамента и всего сооружения в результате опрокидывания, плоского или глубинного сдвига и т.д. Это катастрофические явления.
Нарушения предельного состояния ІІ группы выражаются в виде осадок фундаментов. Величина осадок значительно меньше просадок.
Просадки – это вертикальные деформации, вызванные коренным изменением структуры грунта.
Осадки – это деформации, вызванные уплотнением грунта без коренного изменения его стуктуры.
Грунтовые основания деформируются под нагрузкой от сооружения всегда. При действии на фундамент только вертикальных центрально приложенных сил, основание сжимается равномерно. Если в нагрузках есть горизонтальные силы и момент, то деформации неравномерны, возникают крены (наклоны) сооружений.
Крен сооружений небезпечен в мостовых опорах, может привести к нарушению опорных частей пролетных строений, нарушению сопряжения моста с насыпями. При больших кренах опор возможны обрушивания пролетных строений.
где - расчетная нагрузка на основание (от внешних нагрузок);
Fu – сила предельного сопротивления основания;
γc – коэффициент условий работы, учитывает влияние окружающей среды, приближенность расчетов и т.п.;
γn – коэффициент надежности по назначению сооружения.
Чаще всего проверка прочности грунтов снования выражается формулой:
где R – расчетное сопротивление грунта основания;
где Rn – нормативное сопротивление грунта ;
– коэффициент надежности по грунту, учитывающий неоднородность грунтов и их механических характеристик;
А – геометрическая характеристика подошвы фундамента (площадь, момент сопротивления).
При проверки прочности основания давление на грунт не должны превышать расчетного сопротивления грунта R. Величина R назначается как некоторая доля давления, вызывающего предельное состояние. Оно зависит не только от физико-механических свойств грунта, но и от относительного заглублення фундамента ( h– глубина заложения фундамента, b – ширина фундамента) и схемы образования плскостей сдвигов.
Работа грунта под подошвой фундамента хорошо просматривается на песчаных основаниях (рис. 7)
І- фаза уплотнение ІІ- фаза сдвига ІІІ-стадия разрушения - просадка
Рис. 7 – График деформации песчаного грунта под нагрузкой.
Основная особенность грунтов заключается в том, что они не являются сплошными телами, а имеют поры, которые частично, или полностью заполнены водой. Сначала при действии внешней нагрузки происходит только уплотнение (сжатие) грунтов за счет уменьшення пор, то есть осадка происходит только за счет уплотнения грунта и носит линейный характер (Іфаза). С течением времени увеличение осадки прекращается, то есть осадка затухает и ее величина становится постоянной во временем. На графике (рис. 7) – это І фаза - фаза уплотнения.
На втором участке графика, где нагрузка больше, вследствие чего возникает сдвиг частиц относительно друг друга(то есть в основании, особенно в случае горизонтальных сил, появляются касательные напряжения, которые стремятся сдвинуть частицы). Зависимость между осадкой и давлением носит криволинейный характер (ІІ фаза). С течением времени осадка равномерно нарастает. Деформации грунта происходят в основном за счет сдвига частиц – поэтому ІІ фаза – фаза сдвига. В начальный период несущая способность грунта еще не исчерпанна. Но в конце сдвиг грунта получает еще большее развитие и вызывает нарастание осадки без увеличения нагрузки, в результате чего происходит разрушение грунта и выпор его из-под фундамента (ІІІ фаза). Осадка нарастает мгновенно и неограниченно.
Фаза ІІ – фаза сдвига заканчивается образованием непрерывных поверхностей скольжения под подошвой фундамента, грунт теряет прочность, становится подвижным, образуется уплотненное грунтовое ядро. Просадки носят катастрофический характер.
Как указывалось выше схема разрушения и величина R – несущая способность основания зависят и от относительной глубины заложения фундамента h/b. На рис. 8 даны схемы потери стойкости песчаного основания от h/b.
h/b≤0,5 1 – грунтовое плотнящее ядро;
2 – поверхности сдвига
Рис.8 – Схеме потери стойкости песчаного основания
В этом случае потеря стойкости происходит за счет сдвига (выпора) примыкающого к фундаменту грунта по наклонным под углом к горизонтали приблизительно 45 º - φ/2 поверхностям скольжения.
б) 1,5 3. 4 сдвиг возможен за счет уплотнения грунта, расположенного ниже подошвы фундамента. Четко выраженных поверхностей скольжения не образуются, осадки фундамента возрастают плавно. При таких глубинах заложения практически не вызываются нарушения устойчивости и первое предельное состояние, как правило, не достигается. Поэтому в расчетах R присутствуют величины h и b.
где Ro – условное сопротивление грунта;
d – глубина заложения фундамента (d=h);
b – ширина фундамента.
где S –совместная деформация основания и сооружения, определяется по указаниям норм (осадка, крен, горизонтальные перемещения, разность осадок соседних фундаментов и тому подобное), является функцией нагрузок, размеров фундамента и характеристикгрунтов;
Расчеты прочности следует вести на наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок с учетом соответствующих коэффициентов надежности по нагрузке, то есть на расчетные нагрузки.
Расчеты деформации ведут на нормативные нагрузки.
Тема : ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ.
1. Общие сведения.
2. Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.
1.1 Массивные жесткие фундаменты.
1.2 Ленточные фундаменты.
1.4 Фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты.
2. Материалы для фундаментов.
1. Общие сведения.
Фундаменты мелкого заложения – это фундаменты, глубина заложения которых не превышает 4 - 6 м.
Фундаменты мелкого заложения возводят в котлованах, открытых с поверхности грунта на полную глубину, до подошвы фундамента.
При малых глубинах заложения подобный метод является чаще всего самым выгодным.
Отличительной особенностью фундаментов мелкого заложения является то, что при расчете их перемещений и определении напряжений в основании не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, поэтому фундаменты мелкого заложения передают давление только через подошву. Такой работе фундамента соответствует его ступенчатая конструкция.
2. Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.
Различают следующие основные виды фундаментов мелкого заложения по их конструкции:
1) массивные жесткие фундаменты;
2) ленточные фундаменты под стены зданий или ряды колонн;
4) фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты под всем сооружением.
2.1 Массивные жесткие фундаменты.
Фундаменты жесткие, невоспринимающие растягивающие усилия и потому имеют ступенчатую форму.
При расчетах жесткостью таких фундаментов пренебрегают, то есть их считают бесконечно жесткими, сами они не деформируются.
Схема массивного фундамента под мостовую опору показана на рис. 1.
Рисунок 1 – схема массивного фундамента
В жестких массивных фундаментах линия образования уступа с вертикалью должна иметь угол α, не превышающий предельного угла распределения давления в кладке от вертикальных нагрузок (αпред),
α ≤ αпред =30 º , тогда
при этом в фундаменте не возникают растягивающие усилия.
2.2 Ленточные фундаменты.
Такие фундаменты устраивают под стенки зданий из сборных бетонных и железобетонных блоков, редко из бутовой кладки. Ленточные фундаменты под ряды колонн устраивают при стоечных опорах путепроводов, имеющих конструкцию чувствительную к неравномерным осадкам основания. Такие фундаменты устраивают также в случае малого расстояния между стойками когда выполнение отдельных фундаментов становиться не рациональным, а также при сильно сжимаемых грантах.Схема ленточного фундамента показанна на рис.2.
Рисунок 2 – Схема ленточного фундамента под стоечную опору путепровода.
Ленточные фундаменты под стойки и колонны чаще всего делают железобетонными. Под внутренние колонны фундаменты выполняют в виде перекрестных лент. Ленточные фундаменты под стены жилых, общественных и промышленных зданий делают из сборных бетонных блоков – стен и железобетонных блоков – подушек. Блоки заводского изготовления. Фундаментные блоки-подушки укладываются плотно друг к другу или с промежутками, образуют прерывистый фундамент. Применение прерывистых фундаментов возможно при прочных малосжимаемых грунтвх и приводит к уменьшению стоимости строительства и типизирует конструкцию.
Здания и сооружения играют важную роль в жизни современного общества. Можно утверждать, что уровень цивилизации, развитие науки, культуры и производства в значительной мере определяются количеством и качеством построенных зданий и сооружений.
Жизнь и быт людей обусловливаются наличием необходимых зданий и сооружений, их соответствием своему назначению, техническим состоянием.
Строительство в нашей стране ведется в очень больших масштабах. Только жилых зданий возводится больше, чем во всех странах Западной Европы вместе взятых. Ежегодно у нас сдается в эксплуатацию 2,1 млн. квартир и более 10 млн. граждан улучшают свои жилищные условия. Именно поэтому строительство в нашей стране является третьей по масштабам после промышленности и сельского хозяйства отраслью народного хозяйства.
Каждое здание или сооружение представляет собой сложный и дорогостоящий объект, состоящий из многих конструктивных элементов, систем инженерного оборудования, выполняющих вполне определенные функции и обладающих установленными эксплуатационными качествами.
Основным направлением экономического и социального развития города предполагается значительное увеличение объемов капитального строительства, так как возведение жилых зданий сопровождается сооружением общественных зданий, школ, предприятий общественного питания. Необходимая надежность оснований и фундаментов, уменьшения стоимости строительных работ, в условиях современного градостроительства, зависит от правильной оценки физико-механических свойств грунтов, слагающих основания, учета его совместной работы с фундаментами и другими надземными строительными конструкциями.
2.История возведения фундаментов.
Фундаменты начали возводить еще в глубокой древности, одновременно с развитием строительства. Большое место среди фундаментов занимали свайные постройки, которые устраивались в устьях рек и предназначались для защиты от зверей и врагов. В дальнейшем назначение свай изменилось, однако они широко применялись. Сооружения, построенные на хороших основаниях, отличаются большой долговечностью, некоторые из них сохранились до наших дней. В качестве примера можно привести пирамиду Хеопса, вес ее около 6 млн. тонн, нагрузка на основание в среднем - 12 кг/см 2 . Уже в глубокой древности имелись труды по фундаментостроению. Так, римский инженер Витрувий (1 век до н.э.) дал указание в своих трудах по практическому возведению фундаментов. В древних летописях нашей страны также найдены указания по возведению фундаментов. Однако все данные были основаны только на основании опыта возведения фундаментов, и не было никаких теоретических основ расчета фундамента и оснований. В XVIII веке сильно шагнула вперед наука во всех областях, появились первые теоретические разработки науки фундаментостроения.
В 1773 году французский ученый Кулон дал теорию расчета сопротивления грунтов сдвигу, а так же формулу для расчета давления грунта на подпорную стенку.
В 1841 году французский ученый Трижо предложил способ возведения кессонных фундаментов. В XIX веке был открыт железобетон, он стал ведущим в возведении фундаментов.
В 1809 году было открыто явление электроосмоса, которое заключается в том, что частицы воды двигаются в направлении отрицательного заряда. В дальнейшем это явление нашло большое практическое применение в основаниях для разработки котлованов в водонасыщенных грунтах.
Ленточные фундаменты
Столбчатые фундаменты подводят под деревянные дома с легкими стенами и без подвалов – рубленые, каркасные, щитовые. Столбы ставятся по углам дома, в местах пересечения стен, под несущими стенами и тяжелыми перегородками. Такие фундаменты не подходят для глинистой почвы, болотистых мест и почвы, где рядом проходят грунтовые воды. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть и особенности, мешающие в ряде случаев их применению. Так, в горизонтально-подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию, а потому необходима жесткая верхняя обвязка, которая препятствует боковому сдвигу. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов со стенами из тяжелых конструкций. Кроме того, возникают сложности и при устройстве цоколя. Если в ленточных фундаментах образовать цоколь, являющийся их продолжением, довольно просто, то при столбчатых опорах заполнение пространства между ними, стеной и землей (забирка) довольно трудоемко.
Плитные фундаменты сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах. Они имеют жесткую конструкцию - одну плиту, выполненную под всей плоскостью здания. Такие фундаменты хорошо выравнивают все вертикальные и горизонтальные перемещения грунтаВозведение плитных фундаментов практикуется в основном в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме плана здания. Плитные фундаменты достаточно дороги из-за большого объема
Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных фундаментов, но в отличие от них имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без внутренней деформации воспринимать знакопеременные нагрузки, возникающие при неравномерном перемещении грунта.
по конструктивному решению
по характеру статической работы
по материалу
По заглублению в грунт
По форме
По способу возведения
Фундаменты бывают сборными и монолитными
5. Техническое обслуживание и ремонт фундамента.
о реальных воздействиях на фундаменты — о величине и характере нагрузок, о структуре, прочности и влажности оснований, об атмосферных осадках и грунтовых водах, их глубине залегания и агрессивности, об опасности пучения грунтов, а также о требованиях к глубине заложения фундаментов;
об особенностях конкретных вариантов решений фундаментов— ленточных, столбчатых, сплошных, свайных и др. применительно к данным гидрогеологическим и климатическим условиям;
об эксплуатационных требованиях к фундаментам — их прочности, устойчивости, глубине заложения с учетом нагрузок, несущей способности грунтов, уровне грунтовых вод и глубине промерзания, а также о мерах защиты фундаментов от атмосферных осадков и грунтовых вод, особенно если они агрессивны, от морозного пучения;
об элементах фундаментов, удовлетворяющих предъявляемым к ним эксплуатационным требованиям,— о несущем элементе, который должен быть заглублен с учетом прочности грунтов, величины нагрузок, наличия грунтовых вод и глубины промерзания, а также о наличии гидроизоляции, отмостки и др.
Рис. 1. Структурная схема фундамента
Воздействия на фундаменты: 1— грунта и грунтовых вод; 2 — промерзания и пучения; 3 — атмосферных осадков; 4 — нагрузок
Если итоги такого анализа положительны — значит, фундамент спроектирован и построен с учетом всех предъявленных к нему требований и местных условий и находится в исправном состоянии. Если же будут выявлены недостатки и ошибки, допущенные в проекте или при строительстве здания, то их надо тщательно изучить, чтобы своевременно устранить или предотвратить их развитие.
В ходе эксплуатации нужно осуществлять постоянный уход за фундаментами: не допускать срезки или подсыпки грунта вокруг здания; сохранять в исправном состоянии отмостку; исключать скопления воды у здания, а тем более подтопление фундамента; проводить другие меры, предусмотренные инструкцией по эксплуатации. Особенно опасен обильный полив зеленых насаждений вблизи зданий (без организованного отвода воды), ибо нередко это приводит к повышению уровня грунтовых вод и изменению условий работы основания, а вслед
за ним и фундамента.
Должна быть обеспечена сохранность фундаментов, если рядом с ними ведутся земляные работы, при постройке рядом нового здания или устройстве котлованов для иных целей.
При раскрытии сооружения в связи с ремонтными работами, если под фундаментами залегают пучинистые грунты, нужно предотвратить их промерзание и пучение, временно утеплив фундаменты. Опыт показывает, что нарушение условий сохранности фундаментов приводит к разрушению зданий после многих лет нормальной их службы.
При необходимости надо произвести текущий ремонт для защиты фундаментов от разрушения или поставить здание на капитальный ремонт для их усиления.
Нередко причиной деформаций фундаментов и вышележащих частей здания являются силы морозного пучения, которые могут возникнуть при определенных условиях как в период строительства, так и через много лет после сдачи зданий в эксплуатацию. Эти условия можно и нужно исключить: срезку грунта вокруг зданий, замену его легкопромерзающим, например каменным материалом, бетоном, увлажнение грунтов вокруг зданий и под фундаментами.
содержанием в грунте, в зоне сезонного промерзания, более 30 % (по массе) пылеватых частиц диаметром от 0,5 до 0,005 мм;
промерзанием грунтов в зоне основания фундаментов; наличием влаги в грунте;
превышением сил пучения над давлением вышележащих частей здания;
неправильной конструкцией фундамента — невыполнением в ходе строительства противопучинных мероприятий (безанкерная конструкция фундамента, отсутствие обмазки, исключающей смерзание грунта со стенками фундамента, и др.).
деформацией основания и неравномерными осадками фундамента;
перегрузкой фундамента;
ошибками в конструировании фундамента и при выборе для него материалов;
воздействием агрессивной среды на материал фундамента.
Упомянутые способы усиления фундаментов неравноценны и каждый из них может быть применен в определенных условиях. Следует иметь в виду, что работы по усилению фундаментов не только сложны и трудоемки, но и весьма ответственны. Их должны выполнять специализированные бригады очень осторожно, захватками (обычно не более 2 м), чтобы не повредить смежные участки и вышележащие части здания. Для выполнения таких работ составляются проекты, разрабатываются технологические карты
Рис. 2. Способы усиления фундаментов
а — облицовкой при повреждении фундамента агрессивными водами; б — нагнетанием раствора в разрыв при морозном пучении; в — путем подведения свай; г, д, е, ж, з, и - уширение подошвы с помощью железобетонных приливов и стальных тяжей; к, л, м — под-
1 торкрет-бетон; 2- изоляция; 3 и 4 .-защитная стенка; 5 - разрыв фундамента 6 - инъектор; 7 - уплотненный грунт; 8 и 9-балки; 10 - сваи; 11- железобетонные приливы; 12 -стальной тяж, 13 - поперечная балка; 14 и 15 - продольные балки; 16 - сваи; 17 -дополнительный фундамент; 18 - основание под балки
В некоторых случаях, в частности при наличии трещин в стенах, в итоге технического обследования и технико-экономического обоснования может оказаться целесообразным более простое усиление не основания или фундамента, а стен, путем установки на уровне перекрытий с наружной стороны здания металлических тяжей с предварительным напряжением, кольцевыми захватками по внутренним капитальным стенам. При этом благодаря предварительному напряжению тяжей, установленных по длине и высоте здания, всей его коробке придается высокая жесткость, исключающая местные деформации оснований или фундаментов.
Рис. 3. Примеры повреждения и восстановления цоколя (а,
б, в), отмостки (г, д) и входной площадки (е, ж, з)
6. Вывод.
Заканчивая обсуждение основных типов фундаментов, упомянем о том, что расчетный срок службы монолитных фундаментов – как ленточных, так и плитных – достигает 150 лет. Немалый срок, не так ли? Конечно, чтобы фундамент выдержал полтора века, нужно соблюсти все необходимые технологические нормы при его возведении. А вот срок службы столбчатых фундаментов намного меньше – из природного камня около пятидесяти лет, а из кирпича и того меньше – не более тридцати. Поэтому к выбору фундамента нужно подойти очень ответственно. Всё закономерно: чем больше средств вы тратите при строительстве, тем дольше простоит ваш дом. И всё же вовсе не обязательно строить на века, не обязательно мыслить столь масштабно. Кстати, это вовсе не противоречит тому, что жизнь прекрасна.
Читайте также: