Фундамент из перекрестных лент
Обновлено: 19.04.2024
Существует много вариантов конструктивных решений для мелкозаглубленного ленточного фундамента. Исторически малозаглубленные ленточные фундаменты трансформировались из достаточно глубоко заглубленных траншейных фундаментов, «обмелевшие» потомки которых еще встречаются в самостройных решениях в южных регионах России. Траншейные фундаменты использовались в основном до конца XIX века и представляли собой заполненные бутовой, кирпичной или бутово-кирпичной кладкой на глине траншеи. На таком фундаменте, например, построен Большой Петергофский дворец.
Фотография №1. Фундамент Большого Петергофского дворца во время работ по его усилению.
Ни о каком армировании в ранних вариантах траншейных ленточных фундаментов речи не шло. Фундаменты, сделанные из бутового камня или кирпича, представляли собой так называемые «гибкие» фундаменты по принципу цепной кладки. Каждый камень в такой кладке рассматривается как своего рода балка на двух опорах, на конце которой расположены шарниры. Огромное количество таких «шарниров» делает фундамент гибким в определенных пределах. Такие фундаменты способны под нагрузкой неравномерно изгибаться без разрушения. В настоящее время в английской строительной литературе рекомендуется устройство траншейного фундамента в виде подушки для постройки ленточного фундамента на нестабильных, слабонесущих грунтах. Выполняется такая подушка в идее сплошной заливки бетоном заглубленной траншеи сечением 65 см х 75 см на уровне глубины промерзания грунта. В дальнейшем поверх этой подушки отливается или выкладывается собственно ленточный фундамент здания. В извращенном виде эта технология встречается и сегодня: самодеятельные строители отрывают неглубокую узкую траншею, заливают ее бетоном без всякого армирования и возводят на таком «фундаменте» дом. Сохранить целостность эта конструкция может только на непучинистых грунтах. Появление портландцемента, развитие технологий армированных бетонов позволяют нам строить более технологичные и менее объемные ленточные фундаменты.
Варианты конструкции мелкозаглубленного ленточного фундамента
В условиях сложных грунтов (пучинистых, просадочных) хорошим вариантом конструкции ленточного малозаглубленного фундамента является монолитный железобетонный фундамент. Монолитный фундамент в сложных грунтовых условиях обладает большей механической прочностью по сравнению со сборными ленточными фундаментами из бетонных блоков или кирпича. Монолитные мелкозаглубленные ленточные фундаменты, которые по сути своей являются армированными балками, связанными в единую жесткую пространственную раму, лежащую на пружинистом основании, гораздо лучше противостоят всевозможным нагрузкам по сравнению со сборными ленточными фундаментами.
Свод правил по проектированию и строительству «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений» (СП 50-101-2004) определяет следующие виды конструкции ленточных малозаглубленных фундаментов:
Таблица №12. Минимальное допустимое упрощение конструкции малозаглубленных ленточных фундаментов в зависимости от пучинистости грунтов подлежащего основания.
Пример грунта (требует исследований для принятия решения о классификации)
Минимальное допустимое упрощение конструкции малозаглубленных ленточных фундаментов
Практически непучинистые грунты
Твердые глинистые грунты, мало водонасыщенные гравелистые, крупные и средние пески, мелкие и пылеватые пески, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельче 0,05 мм. Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %
Из сборных бетонных блоков, укладываемых без соединения между собой
Слабопучинистые грунты
Полутвердые глинистые грунты, средне водонасыщенные пылеватые и мелкие пески, крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе
Из сборных бетонных блоков, укладываемых без соединения между собой
Среднепучинистые грунты
Тугопластичные глинистые грунты. Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески.
Крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе
Из сборных железобетонных блоков, содержащих выпуски арматуры (выпуски соседних блоков соединяют, стыки замоноличивают бетоном).Сборно-монолитные фундаменты всех стен должны быть жестко связаны между собой и объединены в систему перекрестных лент.
Сильнопучинистые и чрезмернопучинистые грунты
Мягкопластичные глинистые грунты.
Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески.
Из монолитного железобетона, на бетонной подушке, на подушке из непучинистых материалов.Монолитные фундаменты всех стен должны быть жестко связаны между собой и объединены в систему перекрестных лент.
Усиление постройки армированными или железобетонными поясами, устраиваемыми в уровне перекрытий и над проемами верхнего этажа
Если вы не уверены, на каком типе грунта будет строиться фундамент вашего дома, выбирайте монолитную конструкцию железобетонного ленточного фундамента.
Любой вид мелкозаглубленного ленточного фундамента устраивается в отрытой в грунте на определенную глубину траншее. Во избежание водонакопления и осыпки стенок траншей отрывку их следует производить после подготовки всех строительных материалов, для незамедлительного начала работ после отрытия траншей. Если подлежащие грунты избыточно сжимаемы на глубину зоны планируемой компрессии от фундамента, либо объем грунтов сильно зависит от водонасыщения (торф), то такие грунты подлежат удалению и замене малосжимаемыми грунтами (крупный песок, песчано-гравийная смесь).
Глубина планируемой компрессии грунтов от мелкозаглубленного ленточного фундамента определяется по представленной ниже схеме:
Схема №3. Зона компрессии грунтов под основанием фундамента.
Зона компрессии грунтов от основания мелкозаглубленного ленточного фундамента находится в секторах по 45 градусов вертикально вниз по обе стороны от вертикальной оси ленточного фундамента. Величина давления на грунт от фундамента убывает с расстоянием: на глубине равной половине ширины основания мелкозаглубленного ленточного фундамента (бетонной подушки) из-за распределения на большую площадь, удельное давление на грунт падает на 1/2. На глубине равной ширине основания фундамента удельное давление на грунт падает на 2/3 .
При производстве работ по рытью траншеи под ленточный фундамент, слежавшийся грунт основания может быть взрыхлен как лопатами, так и ковшом экскаватора. Также при рытье, на дно траншеи падает некоторое количество рыхлого грунта со стенок траншеи. Поэтому очень важно уплотнить дно траншеи вибротрамбованием. Если этого не сделать, то усадка грунта на дне траншеи может составить 1,5 см только на первых 15 см глубины грунта под фундаментом. Вторая ловушка с осадкой грунта сопряжена с подсыпкой чрезмерно заглубленных траншей. Когда избыточную выбранную глубину заполняют грунтом, его плотность в среднем вполовину меньше, чем у слежавшегося грунта. Поэтому выравнивание траншеи по глубине (планировку) надо производить крупным или средним песком с утрамбовкой. Разжиженное дождем основание траншеи уплотняется мелким гравием, щебнем или тощим бетоном.
В современном строительстве траншею выстилают геотекстилем, чтобы предупредить смешивание дренажной смеси, которая будет заполнять траншею, с окружающим грунтом и предупредить быстрое заиливание дренажной смеси и дренажных труб. Поверхность основания, сложенного глинистыми грунтами, должна быть выровнена подсыпкой из среднего или крупного песка толщиной 5 - 10 см. Поверхность песчаного основания планируют без подсыпки.
Схема №4. Варианты конструкции мелкозаглубленного ленточного фундамента.
Мелкий и пылеватый песок для подлежащей подушки не используют. На слабонесущих грунтах может устраиваться песчано-щебеночная (песчано-гравийная) подушка (смесь песка крупного или средней крупности - 40 %, щебня или гравия - 60 %) [пункт 8.7 СП 50-101-2004]. Подушка из гравия (щебня) практически не усаживается после того как ее уложили, и способна вынести без дальнейшей осадки без специальной трамбовки вес деревянного или каркасного дома. Для более тяжелых строений рекомендуется трамбовать и песчано-щебеночные подушки.
Стоп-халтура! Некоторые рабочие используют вместо подушки из песка под фундамент замок из глины. Они набивают в траншею глину, потому что глина, по их мнению, предохранит фундамент от поступления воды «снизу». Подобные рекомендации встречаются даже в некоторых популярных книгах про мелкозаглубленные ленточные фундаменты. Однако, нужно понимать, что с помощью такой манипуляции вода действительно задерживается – в толще глиняной подушки. Тем самым увеличивается пучинистость подлежащего грунта.
Песчаная подушка играет несколько важных ролей в конструкции мелкозаглубленного ленточного фундамента: она отводит воду из-под основания фундамента, и тем самым снижает действие сил морозного пучения. Песчаная подушка равномерно передает нагрузку от фундамента на подлежащий грунт, увеличивает расчетное сопротивление основания и служит для его выравнивания. Очень важно предусмотреть укладку геотекстиля перед засыпкой песка или песчано-гравийной смеси. Геотекстиль предохранит материал подушки от заиливания окружающим пучинистым грунтом при высоком уровне грунтовых вод.
При наличии подвальных помещений следует предусмотреть связь бетонной подушки и тела мелкозаглубленного ленточного фундамента вертикальным армированием или устройством профилированного соединения «шип-паз» (для бетонных блоков) между телом ленты фундамента и бетонной подушкой.
Верхняя поверхность мелкозаглубленного ленточного фундамента также должна быть гидроизолирована. При устройстве сборного ленточного фундамента на сильнопучинстых и чрезмернопучинистых почвах поверх фундаментных блоков должно быть выполнено усиление конструкции армированным или железобетонным поясом.
При постройке каркасной стены, в тело ленты фундамента при бетонировании должны быть замоноличены анкера (шпильки с резьбой) для связи фундамента и каркасных конструкций стен. Также наличие анкеров с резьбой для крепления вертикальной арматуры, связывающей фундамент с межэтажным армпоясом, может требоваться по некоторым технологиям постройки стен из ячеистых бетонов. Предварительно согнутые выпуски арматуры из тела фундамент необходимы для связи фундамента с монолитным перекрытием и монолитными стенами (если они планируются). Стена здания по британским нормам должна быть центрирована по центру фундаментной ленты [BR 2010 A1/2.2E2-a], что особенно актуально при центрировании плит перекрытий и мауэрлата стропильной системы. Отечественные нормативы допускают эксцентрическое положение стен.
Фундаменты на естественном основании. Область применения, конструктивные особенности, классификация. Инженерно-геологические изыскания и их оценка. Принципы проектирования.
Фундаменты – это подземная или подводная часть сооружения, воспринимающая нагрузки от вышерасположенных конструкций и передающая их на основания.
Фундаменты можно разделить на разновидности: фундаменты мелкого заложения на естественном основании, свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения.
Фундаменты мелкого заложения на естественных основаниях.
Фундаменты мелкого заложения на естественных основаниях называют такие фундаменты, которые сооружают в открытых котлованах глубиной не менее 5-6 м. Основное требование к фундаментам - их достаточная прочность, долговечность, морозостойкость, стойкость против агрессивного воздействия подземных вод.
Фундамент должен иметь такие размеры, чтобы среднее давление по подошве (под подошвой) фундамента не превосходило расчетного сопротивления грунта основания. Кроме того, расчетные значения абсолютных осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного сооружения не должны превосходить установленных нормами проектирования предельных значений.
Для устройства фундаментов используют железобетон, бетон, бутобетон, бутовую кладку, иногда – цементогрунт.
Разновидности фундаментов мелкого заложения:
1) отдельныефундаменты под колонны в сочетании с фундаментными балками(рандбалками);
2) столбчатыефундаменты под кирпичные стены;
3) ленточныефундаменты под кирпичные стены (непрерывные);
4) ленточныефундаментыпод колонны;
5)фундаменты из перекрестных лент под колонны;
6)фундаменты в виде сплошной плиты;
7) массивные фундаменты.
1). Отдельныефундаменты под колонны в сочетании с фундаментными балками(рандбалками) применяются обычно в промышленных зданиях при не слишком больших нагрузках на грунт, достаточно прочныхимало сжимаемыхгрунтах, гибкой схеме работы надземной части здания, когда колонна и ригели или колонна и ферма соединены шарнирно.
Различаются способом крепления фундамента с колонной.
а) замоноличивание (мелкие колонны) (рисунок 1:1).
Рисунок 1.1. 1 – бетон на мелком заполнителе не ниже класса бетона самого фундамента (не ниже В20); 2 – стакан;
б) большие колонны – без стакана, жесткий стык – сварка и стык замоноличивается бетоном.
2). Отдельные фундаменты под кирпичную стену (бесстаканные, столбчатые). Применяются для малоэтажных зданий, при хороших грунтовых условиях, как правило, для частного индивидуального строительства.
Рисунок 1.3. Отдельный фундамент под кирпичную стену (бесстаканный, столбчатый)
Рисунок 1.4. Поперечные сечения столбчатых фундаментов
3). Ленточныефундаменты под кирпичные стены.
Ленточные фундаменты иногда называют непрерывными. Применяются при равномерной нагрузке от стен на грунт и постоянных вдоль стены грунтовых условиях(условие плоской деформации (l/b ≥ 10).
Изменение размеров глубины заложения возможно только на отдельных участках ограниченной длины. Участки, имеющие разные размеры фундаментов, отделяются осадочными швами.
Применяются при значительных нагрузках и достаточно слабых грунтах. Несущественно изменяют жесткость сооружения. Почти не работают на изгиб в продольном направлении (при большой жесткости стен).
Рисунок 1.5. Сборный ленточный фундамент под стену
Рисунок 1.6. Ленточные фундаменты:
а - монолитный; б - сборный сплошной; в - сборный прерывистый;
1- армированная лента; 2 - фундаментная стена; 3 - стена здания; 4- фундаментная подушка; 5 - стеновой блок
Рисунок 1.8. Конструкции фундаментных плит:
а - сплошная; б - ребристая; в – с угловыми вырезами
4) Ленточныефундаментыпод колонны.
Применяются при шаге колонн не более 6 м и при наличии слабыхгрунтов.
Уменьшают неравномерности осадки отдельных колонн.
5) Перекрёстные ленточные фундаменты под колонны.Применяется при малом шаге колонн, при больших нагрузках и слабых грунтах. Перекрестные ленты позволяют выравнивать осадку не только отдельных колонн в ряду, но и здания в целом.
Рисунок 1.9. Перекрёстные ленточные фундаменты под колонны
6). Сплошной плитный (гладкий) фундамент.Фундаменты в виде сплошной плиты, как под колонны, так и под кирпичные стены устраивают под всем сооружением или его частью в виде железобетонных плит под сетку колонн и стен. Такие фундаменты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, имеют небольшую равномерную осадку, им не страшно подтопление поверхностными водами, а также они защищают подвальные части здания. Размеры таких фундаментов обусловлены размерами сооружения в плане.
Рисунок 1.10. Сплошной плитный (гладкий) фундамент под колонны
Рисунок 1.11. Сплошной плитный (гладкий) фундамент
Рисунок 1.12. Фундамент в виде сплошной плиты
Рисунок 1.13. Плитные фундаменты со сборными стаканами
Рисунок 1.14. Плитный фундамент с монолитными стаканами
Рисунок 1.15. Плитный ребристый фундамент
Рисунок 1.16. Сплошной фундамент под группу колонн
Рисунок 1.17. Сплошной коробчатый фундамент
7) Массивные фундаменты - это фундаменты массивных сооружений с массивной подземной частью (фундаменты плотин, мостовых опор, доменных печей, дымовых труб, под машинное оборудование с динамическими нагрузками). Они создают большую инерцию, препятствуют колебаниям, уменьшают амплитуду, скорость, ускорение колебаний и т.д.
Рисунок 1.18. Массивный фундамент под доменную печь
Рисунок 1.19.Фундамент доменной плиты
Рисунок 1.20. Основания под печи, располагаемые в нижнем этаже здания:
а - у каменных стен здания; б - в проемах стен на уширении их фундаментов 1 - печь; 2 - гидроизоляция; 3 - предтопочный стальной лист; 4 - деревянный пол; 5 - кирпичный бутовый или бетонный фундамент; 6 - песок; 7 - открытая отступка; 8 - кирпичная стена; 9 - заделка раствором; 10 - перемычки стены; 11 - глухая разделка толщиной в полкирпича
По способу устройства фундаментов в котловане различают монолитные и сборные.
Полезная модель относится к строительству, а именно сборным плитным фундаментам под колонны с прямоугольным или квадратным шагом (3×3, 6×6, 6×9 и т.п.), и может быть использована в качестве фундамента для каркасных зданий. Сборный перекрестно-ленточный фундамент состоит из стаканов под колонны, опорных и промежуточных фундаментных плит. Конструкции входящие в состав фундамента, являются однотипными и несложными для заводского изготовления Полное заводское изготовление, гарантирует большею надежность конструкций и снижение трудозатрат на строительной площадке. В сборном перекрестно-ленточном фундаменте опорные плиты устанавливаются на промежуточные плиты, перераспределяя напряжения в грунте и включая в работу свободные промежутки грунта. Данный фундамент может также применяться для снижения неравномерности деформаций при слабых, просадочных и набухающих грунтах, а также при наличии карстовых явлений и в сейсмических районах.
Полезная модель относится к строительству, а именно к сборным составным фундаментам под сетку колонны каркасных зданий, и может быть использована в качестве сборного фундамента для жилых и промышленных зданий.
Известен ленточный фундамент (Справочник проектировщика. М. Стройиздат 1985. с.57. пункт 4.3.4.), одинарные или перекрестные ленты которого выполнены из монолитных одинаковых лент.
Недостатком этого фундамента является, то, что на строительной площадке затрачивается намного больше трудозатрат, а бетонирование происходит при различных климатических условиях не контролируемых человеком, в отличии от заводских условий где выдерживаются определенные температурные и другие необходимые технологические параметры.
Также аналогом может служить плитный фундамент со сборным или монолитным стаканом под колонны (Справочник проектировщика. М. Стройиздат 1985. с.57. пункт 4.3.4.).
Недостатком этого фундамента является - большая материалоемкость конструкции, а так же большие трудозатраты на строительной площадке.
Задача полезной модели: полное заводское изготовление, что гарантирует большею надежность конструкций и снижение трудозатрат на строительной площадке и увеличение несущей способности фундамента за счет более полного использования несущей способности основания
Поставленная задача достигается тем, что сборный перекрестно-ленточный фундамент представляет собой плитный фундамент под каркасное здание состоящий из опорных и промежуточных плит установленных в шахматном порядке в виде крестообразных полос, причем опорные плиты укладываются краями на промежуточные, а в центре каждой опорной плиты устанавливают сборный стакан для закрепления колон.
Плиты входящие в состав фундамента, являются однотипными и несложными для заводского изготовления, а также в сборном перекрестно-ленточном фундаменте опорные плиты устанавливаются на промежуточные плиты, перераспределяя напряжения в грунте и включая в работу свободные промежутки грунта.
Полезная модель поясняется чертежом: фиг.1 - разрез сборной плитной части фундамента; фиг.2 - общий вид сборного фундамента.
Сборный перекрестно-ленточный фундамент представляет собой конструкцию, состоящую из опорных плит 1, опираемых краями на промежуточные плиты 2 установленные в шахматном порядке, по центру опорных плит 1 устанавливаются сборные стаканы 3 для закрепления колонн.
Процесс монтажа ленточного фундамента начинается устройством гравийно-песчаной подготовки по выровненному дну котлована. Далее укладывают промежуточные сборные плиты 2 на которые укладываются опорные плиты 1. По окончании монтажа плитной части фундамента монтируют сборные стаканы 3 под колонны и стеновые конструкции.
Применение перекрестно-ленточного фундамента (фиг.2), позволяет осуществить полное заводское производство данной конструкции, что гарантирует большею надежность конструкций и уменьшение работ на строительно-монтажной площадке. А также получить увеличение несущей способности фундамента за счет использования распределительной способности грунта. При этом обеспечивается более полное использование прочностных характеристик материала плит - железобетона и снижение материалоемкости конструкции фундамента.
Данный фундамент может также применяться для снижения неравномерности деформаций при слабых, просадочных и набухающих грунтах, а также при наличии карстовых явлении и в сейсмических районах.
Сборный перекрестно-ленточный фундамент представляет собой плитный фундамент под каркасное здание, отличающийся тем, что фундамент состоит из опорных и промежуточных плит, установленных в шахматном порядке в виде крестообразных полос, причем опорные плиты уложены краями на промежуточные, а в центре каждой опорной плиты установлен сборный стакан для закрепления колон.
Свайно-ростверковый фундамент относится к области строительства, а именно к свайным фундаментам и может быть использован при возведении свайных фундаментов при строительстве зданий и сооружений, в районах с сейсмической активностью. Техническим результатом обследования свайных фундаментов является упрощение конструкции и эксплуатации зданий в районах с повышенной сейсмической активностью, так же в районах подверженных каким либо динамическим воздействиям на грунт. На строительных площадках в основании фундаментов, где выступают набухающие грунты.
Изобретение относится к строительству, а именно к ленточным фундаментам под несущие и самонесущие стены, и может быть использовано в качестве ленточного фундамента для жилых и промышленных зданий
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Барыкин А.Б.
Рассмотрены вопросы обеспечения живучести перекрестных ленточных фундаментов на склоне. Определены возможные причины линейных повреждений в основании . Приведены: характеристика модели, методика и результаты численного эксперимента по работе сооружения с повреждениями в основании , выполненные в программном комплексе « Plaxis 3d ». Дан анализ изменения напряженно-деформированного состояния фундамента при возникновении линейных повреждений в основании . Обоснована необходимость дальнейших исследований в рассматриваемой области.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Барыкин А.Б.
Исследования живучести системы "свайное удерживающее сооружение-грунт" при механических повреждениях основания перед сваями
Численные исследования живучести массивных бутобетонных подпорных стен при локальных повреждениях основания
Исследование влияния локальных повреждения подпорных стен на работу свайного фундамента здания, расположенного вблизи удерживаемого откоса грунта
Текст научной работы на тему «К проблеме живучести перекрестно - ленточных фундаментов на склонах при наличии повреждений основания»
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, МЕХАНИКА И СЕЙСМОСТОЙКОСТЬ
К ПРОБЛЕМЕ ЖИВУЧЕСТИ ПЕРЕКРЕСТНО - ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА СКЛОНАХ ПРИ НАЛИЧИИ ПОВРЕЖДЕНИЙ ОСНОВАНИЯ
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Рассмотрены вопросы обеспечения живучести перекрестных ленточных фундаментов на склоне. Определены возможные причины линейных повреждений в основании. Приведены: характеристика модели, методика и результаты численного эксперимента по работе сооружения с повреждениями в основании, выполненные в программном комплексе «Р1ах18 3ё». Дан анализ изменения напряженно-деформированного состояния фундамента при возникновении линейных повреждений в основании. Обоснована необходимость дальнейших исследований в рассматриваемой области.
Живучесть, перекрестно-ленточные фундаменты, Р1ах18 3^ линейные повреждения основания, напряженно-деформированное состояние, основание.
В условиях роста стоимости и дефицита свободных от застройки горизонтальных земельных участков, в Южных и других регионах Крыма наблюдается тенденция к освоению неудобий с преобладающими сложными инженерно-геологическими условиями: склонов, лощин и т.п. Одним из наиболее эффективных типов фундаментов для зданий, возводимых на склонах, являются перекрестные ленточные фундаменты, представляющие собой систему перекрестных продольных и поперечных фундаментных балок прямоугольного сечения. В нижней части склона конструкция упираются в удерживающее сооружение, выполненное, например, в виде свайного ростверка [1].
Конструкция фундамента из перекрестных лент дает возможность возводить здания на склонах большой крутизны без их подрезки. Это снижает объемы земляных работ и в ряде случаев существенно уменьшает опасность активизации оползневых явлений. Устойчивость склона возрастает также за счет исключения передачи усилий сдвига на основание, так как они полностью воспринимаются удерживающей конструкцией [2, 3].
Вместе с тем, наклонное основание обладает рядом особенностей, подвержено воздействию склоновых процессов и менее толерантно к запредельным нагрузкам. Учитывая специфику наклонного основания, одной из проблем в области проектирования и эксплуатации перекрестных ленточных фундаментов является обеспечение живучести системы "основание-фундамент" в случае повреждения основания и возникновения запроектных воздействий.
Значительный вклад в разработку общей теории живучести систем внесли работы отечественных ученых: Рябина И. А., Догодонова А. Г., Шербистова Е. И., Крапивина В. Ф., Парфенова Ю. М., Флейшмана Б. С., Котельникова В. А., Черкесова Г.Н., Стекольникова Ю.И. и др. Вопросам живучести в строительной сфере посвящены работы Абовского Н. П., Шапиро Г. И., Травуша В. И., Перельмутера А. В., Еремеева П. Г., Алмазова В. О, Расторгуева Б. С., Тамразяна А. Г., Колчунова В. Н., Клюевой Н. В. и др. 7. Данные исследования не затрагивают вопросов живучести фундаментных конструкций и, в частности, перекрестных ленточных фундаментов.
Цель и постановка задач Цель работы: на основании результатов численного эксперимента обосновать необходимость проведения исследований в области живучести перекрестно-ленточных фундаментов.
- выбор методики проведения численных экспериментов;
- проведение экспериментальных исследований живучести перекрестных ленточных фундаментов при повреждениях основания (численный эксперимент в программе Р1ах1в);
- анализ результатов численного эксперимента.
Методика исследования включала: численный эксперимент, анализ и синтез; дедукцию; индукцию.
Результаты и их анализ
Сквозные (линейные) повреждения основания представляют собой распространяющиеся на всю ширину или длину здания участки под фундаментами либо на небольшом удалении от них, на которых не обеспечивается выполнения функций основания, или/и нарушается контакт фундамента с основанием. Такие повреждения могут возникать из-за:
- устройства траншей при прокладке коммуникаций;
- изменения физико-механических характеристик грунта оснований с переходом в текучее или текуче-пластичное состояние, например из-за воздействия воды при утечках трубопроводов;
- склоновых процессов в виде перемещения поверхностных участков массива грунта, возникновения трещин, эрозии грунта, абразии и т.д.
Для исследования работы перекрестных ленточных фундаментов на склоне при наличии линейных сквозных повреждений в основании был проведен численный эксперимент, который выполнялся в программном комплексе Р1ах1Б 3ё. Исследовались два вида линейных повреждений - в продольном и поперечном направлении склона (рис.1).
Рис. 1. Исследуемый перекрестно-ленточный фундамент: а - конструкция в плане; б,в - модель в программе Р1ах18 3с1 при наличии повреждений в продольном и
В качестве исходных данных для численного эксперимента принимались следующие параметры модели:
1) грунт - суглинок со следующими физико-механическими характеристиками:
- модуль деформации E=28000 кН/м ;
- коэффициент Пуассона v=0,3;
- сцепление грунта с=34 кН/м ;
- угол внутреннего трения ф=23 град;
- коэффициент пористости е=0,55;
- объемный вес грунта выше уровня грунтовых вод yunsat=20 кН/м3;
- объемный вес грунта ниже уровня грунтовых вод ysat=21 кН/м .
2) железобетонный перекрестный ленточный фундамент со следующими характеристиками:
- площадь сечения А=0,24 м2;
- объемный вес у=25 кН/м ;
- модуль Юнга Е=21*106 кН/м2;
- момент инерции I3=0,0032 м4;
- момент инерции I2=0,0072 м4.
3) нагрузка - распределенная интенсивностью 80 кН/м .
Повреждение в грунте имело ширину и высоту 1м, создавалось путем выключения характеристик грунта на заданном участке массива в соответствующей фазе расчета. Расчет модели предусматривал четыре последовательных фазы:
- initial phase -расчет грунта в первоначальном состоянии;
- phase 1 - расчет с фундаментом без нагрузки;
- phase 2 - расчет при приложении к фундаменту нагрузки интенсивностью 80 кН/м ;
- phase 3 - расчет при выключении из работы системы одно из заданных повреждений.
Для анализа результатов рассмотрим вторую и третью фазы расчета. Результаты расчета в виде максимальных отрицательных и положительных усилий (момента М, поперечной силы Q и продольного усилия N) представлены в табл. 1 и 2.
Максимальные усилия в модели перекрестно-ленточного фундамента при наличии сквозного линейного повреждения в продольном направлении (номер балки указан
№ балки Phase 2 Phase 3
N, kN Q, kN M, kNm N, kN Q, kN M, kNm
1 -16,4 - -48,98 37,44 - 43,67 -42,34 - -70,99 56,32 - 96,36
2 -7,77 - -32,29 27,15 -0,7013 32,95 -49,41 - -56,91 62,13 -23,18 98,99
3 -7,912 - -45,27 62,52 - 58,17 -25,07 - -72,35 56,73 -0,948 113,1
4 -270,2 - -49,94 26,31 -47,5 48,9 -296 - -63,25 33,97 -61,98 54,54
5 -226,5 - -44,39 21,04 -27,6 47,16 -216,7 - -42,38 24,55 -37,91 56,12
6 -259,9 - -46,09 17,66 -21,31 34,2 -261,8 - -46,46 19,32 -21,13 35,32
Эпюры изгибающих моментов, полученные в результате расчета, представлены на рис. 2 и 3. Как видно из рис. 1, изгибающий момент при введении продольного повреждения в наибольшей степени возростал в поперечных балках над повреждением. Так увеличение в балке 1 составило 120%, в балке 2 - 200%, в балке 3 - 82%. Существенным были изменения продольной силы в поперечных балках, составившие 2,6 раза в балке 1, 6,35 раза в балке 2 и 3,17 в балке 3. Максимальные изменения поперечной силы наблюдались у повреждения и составили 1,5 раза в балке 1, 2,9 раза в балке 2 и 1,6 раза в балке 3.
Максимальные усилия в модели перекрестно-ленточного фундамента при наличии сквозного линейного повреждения в продольном направлении (номер балки указан __на рис.1, а)_
№ балки Phase 2 Phase 3
N, kN Q13, kN M2, kNm N, kN Q13, kN M2, kNm
1 -16,4 - -48,98 37,44 - 43,67 -16,22 - -49,86 38,27 - 45,69
2 -7,77 - -32,29 27,15 -0,701 32,95 -7,768 - -36,95 35,94 -2,973 38,62
3 -7,912 9,379 -45,27 62,52 - 58,17 -10,99 14,41 -53,08 74,93 - 79,77
4 -270,2 - -49,94 26,31 -47,5 48,9 -248,5 - -47,81 44,82 -40,49 33,1
5 -226,5 - -44,39 21,04 -27,6 47,16 -153,2 3,49 -38,63 52,19 -45,59 55,82
6 -259,9 - -46,09 17,66 -21,31 34,2 -200,8 - -35,56 57,6 -63,51 59,88
Рис. 2. Эпюры изгибающих моментов в лентах, а - без повреждения, б - при наличии сквозного линейного повреждения в продольном направлении
Рис. 3. Эпюры моментов в лентах, а - без повреждения, б - при наличии сквозного линейного повреждения в поперечном направлении
В продольных лентах, расположенных в непосредственной близости к повреждению, наибольшее увеличение максимального изгибающего момента достигло 30% в ленте 4 и 37% в ленте 5. Одновременно наблюдалось изменение и формы эпюр изгибающих моментов в данных лентах. Увеличение максимальных величин изгибающих моментов в ленте 6, удаленной от повреждения было незначительным. На фоне небольшого увеличения продольной силы в ленте 4 произошло его снижение в ленте 5. Увеличение
поперечной силы в наибольшей степени наблюдалось в ленте 4 а максимальное его значение составило 26%.
Введение поперечного повреждения в основание сопровождалось изменением формы эпюр изгибающих моментов в продольных балках во втором пролете с изменением знака ординат на участках у повреждения. В поперечных балках 1 и 2 введение поперечного повреждения не привело к существенному изменению усилий. В балке 3, расположенной ниже повреждения, изменение максимального изгибающего момента составило 37%, продольной силы 54%, а поперечной силы 21%.
Учитывая, что при введении сквозных повреждений в грунтовом основании происходят значительные изменения в ординатах эпюр изгибающих моментов, поперечных и продольных сил, а так же изменения в форме эпюр со сменой знака на отдельных участках, можно сделать вывод о значительном влиянии повреждений на напряженно-деформированное состояние фундамента. Соответственно для обеспечения безопасности эксплуатации перекрестных ленточных фундаментов на склонах необходимо проведение исследований и разработка методики оценки их живучести при возникновении повреждений грунтового основания.
1. Возникновение линейных повреждений в грунтовом основании приводит к значительному росту изгибающих моментов, продольных и поперечных сил в перекрестных ленточных фундаментах на склоне. Наибольшие изменения наблюдаются в лентах у повреждений.
2. Увеличение усилий в фундаментных лентах и изменение формы их эпюры зависит от размеров и расположения повреждений, характеристик самого фундамента.
3. Потеря несущей способности перекрестного ленточного фундамента на склоне при возникновении линейных повреждений в основании может наступать в результате превышения максимальных расчетных усилий, а так же изменения знака изгибающего момента.
4. Для перекрестных ленточных фундаментов на склонах, где вероятно возникновение линейных повреждений в основании, необходим расчет конструкций на живучесть. Для разработки методики расчета требуется проведение экспериментальных и теоретических исследований.
2. Барыкин А. Б. Ресурсосберегающие принципы проектирования зданий на сложном рельефе / Б. Ю. Барыкин, А. Б. Барыкин // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. (По материалам девятой междунар. науч.-практ. конф. "Геометрическое и компьютерное моделирование: энергосбережение, экология, дизайн", 24-28 сент. 2012 г.). — Симферополь : НАПКС, 2012. — Вып. 41. — С. 39—44.
3. Барыкин Б.Ю. Взаимодействие перекрестно-ленточного фундамента на склоне с песчаным основанием: диссертация на соискание учен. степ. канд. тех. наук. — Днепропетровск,1990. — 271 с.
4. Александрович В.Ф. Фазы деформации, пластические зоны в основании и осадки ленточного фундамента./ Александрович В.Ф., Федоровский В.Г. // Ускорение научно-технического прогресса в фундаментостроении: Т.П. Методы проектирования эффективных конструкций оснований и фундаментов.— НИИОСП — М.:Стройиздат,1987 — С. 114-115.
5. Алексеев С.И. Автоматизированный метод расчета фундаментов по двум предельным состояниям./ Алексеев С.И. — Псков: Псковский политехнический институт Санкт-Петербургского государственного университета, 1996. —206с.
6. Алмазов В.О. Проблемы сопротивления зданий прогрессирующему разрушению / В.О. Алмазов, А.И. Плотников, Б.С. Расторгуев // Научно-технический журнал Вестник МГСУ, № 2. Т.1. 2011. Периодическое научное издание. Москва. МГСУ. -с. 15-20.
7. Дьяков И. М. Предпосылки и некоторые аспекты применения теории живучести к оценке работы подпорных стен на запредельные нагрузки / И. М. Дьяков // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. — Симферополь : НАПКС, 2011. — Вып. 39. — С. 29—34.
8. Дьяков И. Оценка живучести отдельно стоящих фундаментов на основе изучения процесса их разрушения / Игорь Дьяков // MOTROL. — Commission of motorization and energetics in agriculture : Polish Academy of sciences. — Lublin, 2013. — Vol. 15, № 5. — P. 115—122.
9. Дьяков И. М. Живучесть фундаментов и ее роль в прогрессирующем разрушении зданий и сооружений / И. М. Дьяков // Строительство и техногенная безопасность. Сб. науч. трудов. — Симферополь : НАПКС, 2013. — Вып. 46. — С. 63—71.
10.Клюева Н.В. Метод экспериментального определения параметров живучести железобетонных стержневых систем / Н.В. Клюева, А.С. Бухтиярова, А.А. Дорофеев // Материалы междунар. науч.-техн. конф. "Строительная наука-2010: теория, практика и инновации - Северо-Арктическому региону». Архангельск : САФУ, 2010. - С. 191-200.
11.Клюева Н.В. Алгоритм расчета живучести статически неопределимых железобетонных балок / Н.В. Клюева, Н.Б. Андросова, А.С. Бухтиярова // Изв. ОрелГТУ. Сер. Строительство. Транспорт. 2007. № 3. С. 14-22.
12. Колчунов В.И. К вопросу алгоритмизации задачи расчета живучести железобетонных конструкций при потере устойчивости / В.И. Колчунов, М.В. Моргунов, Л.В. Кожаринова, Н.О. Прасолов // Труды юго-западного государственного университета. Промышленное и гражданское строительство, №12, 2012. - с. 52-54.
13.Тамразян А.Г. Рекомендации к разработке требований к живучести зданий и сооружений //Научно-технический журнал Вестник МГСУ, № 2. Т.1. 2011. Периодическое научное издание. Москва. МГСУ. - с. 77-83.
ВИДЫ КАТАСТРОФ В ОПОЛЗНЕВОМ ПРОЦЕССЕ Ефремов А.В.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Описаны виды катастроф оползней, возникающих в процессе перехода оползней из стационарного положения (устойчивое и неустойчивое) в активное состояние. Раскрыты сущность катастроф различного вида и условия их возникновения. Дана классификация вида катастроф и их характеристика в различных условиях поведения. Исходя из положений второго закона Ньютона о движении тел по наклонной плоскости, выявлено соотношение между силами сдвига пород оползня и силами сопротивления их сдвигу.
Оползни, катастрофы, устойчивое поведение, равновесное поведение, трёхмерное пространство
Имеют наиболее низкую стоимость и более распространены столбчатые фундаменты.
Столбчатые фундаменты эффективны в пучинистых грунтах при их глубоком промерзании. Однако у столбчатых фундаментов есть некоторые особенности, мешающие в ряде случаев их успешному применению.
В горизонтально подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию. Для погашения бокового сдвига требуется жесткая железобетонная ростверка. Ограничено применение таких фундаментов на слабонесущих грунтах при строительстве домов с тяжелыми стенами. Кроме этого, при использовании технологии столбчатых фундаментов возникают сложности с устройством цоколя: если при ленточном фундаменте цоколь образуется сам собой, являясь его продолжением, то при столбчатых заполнение пространства между столбами, стеной и землей - сложное и трудоемкое дело.
Столбчатые фундаменты закладывают для домов с легкими стенами (деревянные рубленые, каркасные, щитовые). Такой тип фундаментов по трудозатратам и расходу материалов в 1,5-2 раза экономичнее ленточных. Его технология проста - столбы возводятся во всех углах, местах пересечения стен, под простенками, под опорами тяжело нагруженных прогонов и других точках сосредоточения нагрузок. Расстояние между столбами принимается около 1,2–2,5 м. По верху столбов укладывают обвязочные балки для создания условий совместной работы фундамента. При расстояниях между столбчатыми опорами, больше 2,5–3 м, по верху укладываются более мощные рандбалки (железобетонные, металлические).
Минимальное сечение фундаментных столбов принимается в зависимости от того, из какого материала они изготовлены (бетон, буто-плитняк, бутобетон – 400 мм; кладка из естественного камня – 600 мм, из кирпича выше уровня земли – 380 мм).
Достоинства такого фундамента:
- экономичность;
- легкость изготовления.
Недостатки столбчатого фундамента:
- недостаточная устойчивость в горизонтально подвижных грунтах (наличие так называемых плывунов);
- ограниченное применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов с тяжелыми стенами;
- сложность устройства цоколя.
Ленточные фундаменты
Такими являются фундаменты, возводимые непосредственно под стены дома или под ряд отдельных опор. В первом случае это непрерывные подземные стены, во втором - состоят из железобетонных перекрестных балок.
Ленточные фундаменты подводят под дома с большой несущей массой - тяжелыми стенами (бетонными, каменными, кирпичными и т. п.) или с тяжелыми перекрытиями. Их закладывают под все наружные и внутренние капитальные стены. Если под домом проектируется: подвал, теплое подполье, гараж или цокольный этаж, то просто необходим выбор именно такого типа фундамента.
Для такого типа фундамента характерны большой объем земляных работ, количество используемых материалов, значительный вес и трудоемкость возведения. Однако несмотря на это, ленточные фундаменты получили довольно широкое распространение, в основном благодаря простоте технологии изготовления.
Ленточные фундаменты бывают сборными или монолитными.
Для сооружения ленточных монолитных фундаментов на дне котлована выставляется деревянная опалубка, листы теплоизоляции, арматура, и между стенками опалубки заливается бетон. Для снижения потерь при обогреве дома, в такой фундамент закладывается утеплитель (керамзит, пенопласт, минераловатные плиты).
Ленточные сборные фундаменты состоят из крупных фундаментных бетонных или железобетонных блоков.
Достоинства ленточных монолитных:
- прочность;
- надежность;
- могут быть использованы для зданий любой формы;
Достоинства ленточных из железобетонных блоков:
- значительное сокращение сроков возведения;
- относительная простота сооружения.
Недостатки ленточных фундаментов:
- большой объем производства земляных работ, заполнения бетоном опалубки;
- массивность;
- не экономичность в материалах;
- трудоемкость.
Недостатки ленточных фундаментов из железобетонных блоков:
- не практичны (пропускают воду в местах своего соединения);
- пригодны только для зданий простых форм.
Плитные фундаменты
Плитными фундаментами называются конструкции сооружаемые под всей площадью здания. Представляют собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную из монолитного железобетона либо из сборных перекрестных железобетонных балок с жесткой заделкой стыковых соединений.
Фундаменты плитные и из перекрестных лент, возводят из монолитного железобетона с целью придания фундаменту пространственной жесткости. Закладывают такие фундаменты при строительстве на неравномерно и сильно сжимаемых грунтах, например, на насыпных (песчаных подушках, слежавшихся свалках, сильно пучинистых грунтах и т. п.). Иногда к таким фундаментам применяют термин "плавающий", поскольку возможные изменения в грунте передаются на всю площадь фундамента.
Устройство плитного фундамента связано с большим расходом материалов (бетона и металла) и может быть целесообразно только при сооружении небольших и компактных в плане домов или других построек, когда не требуется устройство высокого цоколя, и сама плита используется в качестве пола (например, гаражи, бани и т. п.). Для домов большего размера, делают фундамент в виде ребристых плит или армированных перекрестных лент.
Плитный фундамент наиболее приемлем для слабых неоднородных грунтов, с высоким уровнем грунтовых вод. А также в случаях, когда нагрузка, приходящаяся на фундамент, велика, а грунт основания непрочен и подвержен изменениям.
Такие конструкции способны выравнивать вертикальные и горизонтальные перемещения грунта. Сооружение плитного фундамента оправдано при небольшой и простой форме здания.
Достоинства плитного фундамента:
- простота сооружения;
- возможность их выполнения в тяжелых пучинистых, подвижных и просадочных грунтах;
- прочность.
Недостатки плитного фундамента:
- дорогивизна (из-за большого расхода бетона и металла на арматуру).
Свайные фундаменты
Свайными называются фундаменты, состоящие из отдельных свай, перекрытых сверху бетонной или железобетонной плитой или балкой.
Свайный фундамент используется в случаях, когда на слабый грунт необходимо передать ощутимо большие нагрузки. При этом нагрузка от здания передается на более плотные, залегающие на глубине, грунты.
Сваи могут быть деревянными, бетонными, железобетонными, стальными и комбинированными. По методу изготовления и погружения в грунт сваи подразделяются на забивные и набивные. Забивные сваи опускаются в грунт в готовом виде, и забиваются копром. Набивные сваи изготовляются непосредственно в грунте, в пробуренных каналах.
По типу поведения в грунте выделяют сваи-стойки, имеющие под собой прочный грунт и передающие на него давление, и висячие сваи, используемые когда глубина залегания прочного грунта достаточно велика. Несущая способность висячих свай определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи.
Деревянные сваи наиболее экономичны, но если они находятся во влажном грунте, то они быстро гниют.
Сваи из железобетона стоят дороже, но они наиболее долговечны и способны выдерживать очень большие нагрузки.
Достоинства свайных фундаментов:
- дают меньшую усадку;
- экономичность (снижается расход материалов, например бетона на 40-25%);
- малый объем земляных работ;
- возможность сооружения на грунтах, обладающих низкой несущей способностью.
Недостатки свайных фундаментов:
- необходимость использования спецтехники.
В зависимости от используемого материала фундаменты бывают:
- бутовые,
- бутобетонные,
- бетонные и
- кирпичные.
Срок службы различных фундаментов разнится, и это так же нужно учитывать при строительстве дома.
Примерные сроки различных видов фундаментов составляют:
– ленточных бетонных и бутовых на цементном растворе – 150 лет;
– бутовых или бетонных столбов – 30–50 лет;
– деревянных свай – 10 лет.
Бутовые фундаменты кладут из крупного бутового камня, подобранного по форме и размерам, при этом желательно выбирать камни с плоскими гранями. Кладку производят на цементном растворе, плотно укладывая камни между собой, для чего самые “неудобные” из них иногда приходится раскалывать. Толщину кладки бутового фундамента принимают из конструктивных соображений независимо от расчета, в пределах 50-70 см. Это самые массивные и трудоемкие из всех видов фундаментов. Поэтому их применение в строительстве жилых домов и тем более садовых домиков никак не оправдано. Иногда эти фундаменты можно рекомендовать лишь в тех местностях, где бутовый камень имеется в большом и легкодоступном количестве, что называется “под ногами”, являсь местным материалом.
Достоинства бутового фундамента - максимально возможная долговечность и прочность. Так же, он устойчив к воздействию агрессивных грунтовых вод и промерзанию. Массив бутобетонного фундамента состоит из раствора и наполнителя, в качестве которого используют средние и мелкие бутовые камни, крупный щебень или гравий. Подойдет бой кирпича и пережженный кирпич (железняк).
Иногда бетонный фундамент называют “заливным”. Он состоит из чистого бетона без крупных камней, с наполнителем из мелкого и среднего гравия или щебня. Его заливают в опалубку с легким трамбованием, хорошо, если при это используют вибраторные машины, тогда качество бетона заметно улучшается. Если таковая машина не используется, то заливаемый бетон трамбуется вручную (что бы не было так называемых пузырей). Вследствие однородности состава, толщина бетонного фундамента может быть принята небольшая - как правило, она находится в пределах 20-40 см. Прочность и долговечность примерно такие же, как у бутобетонного фундамента. Недостаток бетонных фундаментов - повышенный расход цемента.
Кирпичный фундамент представляет собой кирпичную кладку из обыкновенного (полнотелого), хорошо обожженного кирпича на цементном растворе. Толщину фундамента принимают кратной размерам кирпича - 38, 51, 64 см. Устройство кирпичного фундамента в обычных условиях строительства нецелесообразно. Поскольку он довольно дорог, и самое главное недолговечен вследствие плохой водостойкости (он просто начнет крошиться и отваливаться кусками). Поэтому eго можно рекомендовать практически в одном, достаточно редком случае: для возведения на сухих грунтах и при наличии дешевого кирпича в необходимом количестве. Иногда еще такой фундамент возводят когда имеется значительное количество старого кирпича или кирпичного боя.
Читайте также: