Толщу грунта воспринимающую давление передаваемое фундаментом сооружения называют
Обновлено: 28.04.2024
Под воздействием нагрузки от сооружения его основание деформируется и дает осадку, а в некоторых случаях — просадку.
Осадкой основания (или осадкой фундамента) называют вертикальное перемещение поверхности грунта под подошвой фундамента, связанное с передачей на основание нагрузки от сооружения.
Различают осадку основания равномерную и неравномерную. При равномерной осадке перемещения точек поверхности грунта под всей площадью фундамента одинаковы, а при неравномерной — неодинаковы. Равномерная осадка основания, как правило, не является опасной; неравномерная же осадка часто становится причиной нарушения условий нормальной эксплуатации сооружений, а иногда и их аварий.
Для уплотнения грунта под нагрузкой требуется определенное время, в течение которого наблюдается рост осадки основания. Осадку, соответствующую окончательному уплотнению грунта, называют полной, конечной или стабилизированной.
Большую быстро протекающую осадку, сопровождающуюся коренным изменением сложения грунта, называют просадкой. Просадка наблюдается, например, при выпирании грунта из-под подошвы фундамента и при замачивании макропористых грунтов под нагрузкой.
§ 22. Методы расчета осадки
Расчет осадки уплотнения ведется в предположении, что грунт подчиняется законам линейно деформируемой среды, когда деформации линейно зависят от давлений. Теоретически максимальное давление на грунт, при котором существует линейная зависимость, определяется отсутствием под подошвой фундамента пластических зон. Однако наблюдения за сооружениями показывают, что небольшое развитие зон пластических деформаций под гранями фундамента может быть допущено.
Для определения конечной осадки основания широко применяют метод послойного суммирования. При этом считают, что осадка основания происходит в результате уплотнения некоторой толщи грунта ограниченной толщины, называемой активной зоной. Нижнюю границу активной зоны принимают на той глубине da от подошвы фундамента, на которой дополнительное давление (под центром тяжести подошвы) от передаваемой фундаментом нагрузки составляет 20% бытового (природного) давления.
При фундаменте, расположенном на поверхности грунта, дополнительные давления рz, кПа, определяют по формуле (2.7), а при заглубленном в грунт фундаменте — по формуле
Рz=а(р0-рg), (4.1)
где а — коэффициент, принимаемый по табл. 2.1; р0 — нормальные напряжения по подошве фундамента, кПа; pg — бытовое давление на глубине заложения подошвы фундамента, кПа.
Устройство опор в русле реки вызывает стеснение русла и может приводить к интенсивному размыву грунта, в особенности у опор. В результате этого бытовое давление в грунте уменьшается. В формулу (4.1) подставляют бытовое давление, подсчитанное без учета размыва грунта, т. е. давление, которым грунт был обжат до возведения сооружения. Это связано с тем, что после разгрузки грунта деформации его при повторном нагружении сначала весьма малы; они начинают заметно возрастать, лишь когда напряжения в грунте достигнут величин, имевшихся до разгрузки.
Активную зону грунта разбивают на горизонтальные слои толщиной не более 0,4b, где b — наименьший размер фундамента в плане, м. Если в пределах активной зоны имеется напластование разных грунтов, то их границы принимают за границы выделенных слоев. Осадку s основания определяют суммированием деформаций отдельных слоев. Деформацию si м, каждого i-го слоя подсчитывают в предположении, что уплотнение грунта происходит в условиях отсутствия бокового расширения (в условиях компрессионного сжатия) при постоянном давлении рz кПа; последнее принимают равным среднему дополнительному давлению рг, кПа, из давлений, возникающих в точках под центром тяжести подошвы фундамента в пределах рассматриваемого слоя.
Используя формулу (1.29) для определения деформации грунта при компрессионном сжатии, можем написать:
si=eiti=(piβi/Ei)li (4.2)
где ei — относительная деформация грунта i- го слоя; ti — толщина i-го слоя грунта, м; βi — коэффициент, принимаемый по табл. 1.3
в зависимости от вида грунта i-го слоя; Ei — модуль деформации грунта i-го слоя, кПа, определяемый по формуле (1.28) на основе результатов испытаний образцов грунта на компрессионное сжатие.
Фундаментом называют подземную или подводную часть сооружения, которая передает нагрузку от сооружения грунту основания и распределяет ее на большую площадь.
Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, влияющие на устойчивость фундамента и его перемещение.
Подошвой называют нижнюю плоскость фундамента, которой он опирается на грунт.
Верхняя граница между фундаментом и телом сооружения называется обрезом фундамента.
Высота фундамента – расстояние по вертикали от обреза до подошвы фундамента.
Расстояние от верхней границы грунта до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента (dф).
Слой грунта, в котором расположен фундамент, называется несущим слоем. Слой грунта, расположенный под несущим слоем, называется подстилающим слоем.
Все фундаменты делятся на два типа:
1. Фундаменты мелкого заложения (ФМЗ)
2. Фундаменты глубокого заложения (ФГЗ)
Основания бывают двух видов:
1. Естественное основание (сложенное природными грунтами)
2. Искусственное основание (укрепленный или уплотненный грунт)
Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов. Сведения о конструктивных особенностях зданий и сооружений. Нагрузки и воздействия, которые учитываются при расчете фундаментов и оснований.
Нагрузки, передаваемые на фундаменты, делятся на постоянные и временные. Постоянные – это нагрузки, прикладываемые на фундамент в период строительства и действующие в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкции и давление грунта). Временные – это нагрузки, прикладываемые на фундамент в отдельные периоды строительства или эксплуатации. Они могут увеличиваться, уменьшаться или исчезать полностью. Временные нагрузки можно подразделить на:
1. Длительно действующие
К длительно действующим относятся нагрузки, которые наблюдаются в течение продолжительного времени (вес оборудования).
К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (нагрузка от транспорта, веса людей, снеговая и ветровая).
Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, обусловленные резкой просадкой, а также на подрабатываемых территориях).
Все перечисленные нагрузки могут воздействовать на основание и фундамент в самых различных сочетаниях. В зависимости от того какие нагрузки оказывают воздействие на конструкцию различают следующие их сочетания:
1. Основные сочетания нагрузок:
b. Временно или длительно действующие
2. Особые сочетания нагрузок:
b. Временно или длительно действующие
d. Одна из особых нагрузок
Также нагрузки различают:
Постоянные нормативные нагрузки определяют путем умножения объема конструкции на удельный вес материала N=V*γ.
Временные нормативные нагрузки определяются по СНиПу 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» с учетом районов, в которых ведется строительство и особенностей проектируемого сооружения.
Расчетные нагрузки определяются путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке.
Расчет оснований и фундаментов, как и всех строительных конструкций, выполняется по предельным состояниям.
Основания рассчитывают по двум предельным состояниям:
1. Расчет по прочности и устойчивости (по несущей способности)
2. Расчет по деформациям
Расчет оснований по несущей способности производится на основное и особое сочетание расчетных нагрузок (при наличии особых нагрузок). Расчет оснований по деформациям производится на основное сочетание нормативных нагрузок (расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке).
Фундаментом называется часть сооружения, передающая нагрузку от веса сооружения на основание.
Основанием называется толща грунта, находящаяся ниже подошвы фундамента и воспринимающая давление, передаваемое фундаментом.
Грунты, находящиеся в условиях их природного залегания, являются естественными основаниями сооружений, а грунты, предварительно уплотненные или укрепленные другими способами, искусственными основаниями.
Основания под стальные резервуары воспринимают давление от массы хранящегося в резервуаре продукта и собственного веса резервуарных конструкций. Давление резервуаров на грунт при высоте стенки 11,5–12 м составляет 0,12–0,13 МПа, при высоте стенки 17–18 м – 0,18–0,19 МПа. В этом случае достаточно, чтобы площадка под застройку слагалась из грунтов с несущей способностью 0,20–0,25 МПа. Исходя из этих условий вертикальные резервуары сооружают на скальных, полускальных песчаных, крупнообломочных, глинистых и макропористых грунтах. В последнем случае принимаются меры по укреплению грунта и предохранению его от замачивания. На черноземных и подзолистых грунтах сооружают резервуары объемом до 300 м3. Нельзя использовать в качестве основания под резервуар насыпные грунты с органическими включениями, торф и плывуны. В таких случаях фундаменты под резервуары строят по специальным проектам, предусматривающим повышение несущей способности основания одним из существующих способов.
Основными способами укрепления оснований резервуаров являются: замена грунта (лёссовидные грунты, торфяники, грунты при мощности залегания не более 3 м); уплотнение просадочных грунтов тяжелыми трамбовками с последующей защитой от замачивания, силикатизация или смолизация грунтов путем нагнетания в грунт через систему инъекторов растворов силиката натрия или карбамидной смолы с соответствующими отвердителями, цементизация и битуминизация для переувлажненных песчаных или гравелистых грунтов, термическое закрепление грунта путем обжига массива через пробуренные скважины (для просадочных макропористых грунтов). Выбор способа закрепления грунта зависит от его вида, мощности залегания, конкретных условий площадки.
Крупноблочные, песчаные и глинистые грунты состоят из отдельных минеральных частиц (скелета грунта), между которыми имеются промежутки – поры, заполненные водой, воздухом или цементирующим веществом. Твердые частицы грунта имеют различную величину (от нескольких сантиметров до тысячных долей миллиметра) и различную форму (кубовидную, призмовидную или пластинчатую). Физические и механические свойства грунтов зависят от свойств составных частей и от их взаимодействия.
Плотность – отношение массы частиц грунта, высушенных до полной потери влаги, к объему, занимаемому этими частицами.
Пористость грунта n – доля объема пустот в общем объеме грунта ( где — объем твердых частиц (скелета) грунта)
(7.1)
Коэффициент пористости грунта – отношение объема пор к объему твердых частиц, т. е.
. (7.2)
. (7.3)
Угол естественного откоса – наибольшее значение угла, который с горизонтальной плоскостью образует поверхность грунта, отсыпанного без толчков и сотрясений. Угол естественного откоса (угол внутреннего трения грунта) характеризует сопротивление грунта сдвигу.
Сжимаемость грунтов. По мере изменения нагрузки на грунт будет меняться и величина коэффициента пористости. Кривая , отражающая зависимость между деформацией и нагрузкой, называется компрессионной кривой.
На рис. 3.35 изображена характерная компрессионная кривая наиболее часто встречающихся грунтов. На этой кривой можно выделить участок АВ, отражающий естественное уплотнение грунта, которое он приобрел в условиях природного залегания. Следовательно, - коэффициент пористости до приложения внешней нагрузки. При нагрузке, большей природного давления, деформация начинает увеличиваться быстрее, чем и объясняется перегиб в точке В. Для образца грунта с нарушенной структурой участок АВ отсутствует. Кривая разгрузки не совпадает с кривой нагрузки, а проходит ниже ее. В небольшом начальном промежутке кривой до давления кривую можно заменить прямой ВС. Тогда в пределах этого участка зависимость между коэффициентом пористости и давлением выразится уравнением
(7.4)
где: а – коэффициент уплотнения грунта в данном интервале изменения нагрузки.
Рисунок 1.0. Компрессионная кривая грунта: 1 – кривая нагрузки; 2 –кривая разгрузки; 3 – прямолинейный участок.
На начальном прямом участке компрессионной кривой можно принять, что деформация прямо пропорциональна нагрузке, следовательно, относительное укорочение элемента грунта можно вычислить, пользуясь известными формулами обобщенного закона Гука.
Прочность и устойчивость любого сооружения обеспечивается, прежде всего, прочностью и устойчивостью фундамента, который должен быть заложен на надежном основании.
Основанием называется толща естественных напластований грунтов, непосредственно воспринимающая нагрузку и взаимодействующая с фундаментом возводимого сооружения.
Основания называют естественными, если грунты под подошвой фундамента остаются в естественном состоянии. В случае недостаточной прочности грунтов принимают меры по искусственному их упрочнению. Такие основания называют искусственными. Естественным основанием
могут служить самые разнообразные грунты, слагающие верхнюю часть земной коры. Естественные грунты, используемые в качестве естественных оснований, подразделяют на четыре вида: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Несущая способность глинистого грунта в большой степени зависит от влажности. Несущая способность сухих глин довольно высокая и такие грунты могут служить хорошим основанием, при увеличении влажности их несущая способность значительно падает.
Супеси и мелкозернистые пески при разжижении водой становятся я настолько подвижными, что текут, как жидкость, и называются плывунами.
Возведение зданий на таких грунтах связано со значительными трудностями.
К глинистым грунтам относятся также лёссы, которые при замачивании водой обладают просадочными свойствами или набухают. Использование так их грунтов в качестве оснований требует применения специальных мер.
Помимо перечисленных видов встречаются также грунты с органическими примесями (растительный грунт, торф, болотистый грунт и др.), многолетнемерзлые и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями в качестве естественных оснований не применяют, так как они неоднородны по своему составу, рыхлы, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Насыпные грунты также неоднородны по составу и сжимаемости и их использование в качестве оснований требует особых обоснований.
Упрочнение грунтов путем поверхностного ил и глубинного их уплот- нения осуществляется трамбованием пневматическими трамбовками с втрамбовыванием щебня ил и гравия. Уплотнение трамбовочными плитам и массой 1 т и более, которые сбрасывают с высоты 3–4 м, доходит до глубины 2–2,5 м. Для уплотнения больших площадей применяют укатку грунта тяжелыми катками.
Песчаные и пылеватые грунты хорошо уплотняют вибрированием специальным и поверхностными вибраторам и, такое уплотнение осуществляется значительно быстрее, чем при трамбовании.
Глубинное уплотнение грунта осуществляют применением песчаных или грунтовых свай. Предварительно вибропогружателем вводят в грунт инвентарные стальные трубы диаметром 400–500 мм с остроконечным раскрывающимся стальным башмаком на конце. Погруженные на необходимую глубину трубы заполняют песком и затем извлекают с вибрированием. При таком извлечении песок уплотняется и хорошо заполняет скважину.
Закрепление слабого грунта основания (его упрочнение) достигается также применением тампонажа (цементации, силикатизации и битумизации).
Фундаментом (рис. 1.1) называется подземная часть сооружения, возводимая на естественных ил и искусственных основаниях и служащая для передач и нагрузок от сооружений на основания. Конструктивная форма фундамента позволяет обеспечить бол ее равномерное распределение давления от сооружения на грунт.
Верхняя граница между фундаментом и наземной частью сооружения так же, как и границы между отдельным и уступами фундамента, называется обрезом фундамента. Нижняя плоскость фундамента, опирающаяся на грунт, называется подошвой фундамента. Расстояние от уровня земли около законченного здания (отметка планировки) до подошвы называется глубиной заложения фундамента.
Рис. 1.1. Схема фундамента на естественном основании:
1 — фу ндамент ; 2 — наземная часть
соору жения; 3 — отметка подошвы фу ндамент а; 4 — от метка повер хно сти гру нта; 5 — отметка пл анир овки;
6 — вер хний обр ез фу ндамента;
Н — глу бина заложения фу ндамента;
В — шир ина фу ндамент а
К фундаментам предъявляются следующие основные требования : прочность; устойчивость на опрокидывание; сопротивляемость влиянию грунтовых и агрессивных вод и влиянию атмосферных воздействий (морозостойкость); долговечность, отвечающая сроку службы зданий, технологичность изготовления конструкций фундамента и его экономичность (минимальная стоимость).
Основными материалами дл я фундаментов являются: бутовый камень, кирпич, бутобетон, бетон, железобетон.
По конструктивному решению различают следующие виды фунд аментов : ленточные, столбчатые(отдельные), сплошные (плитные) и свайные.
Рис. 1.2. Ленточные фундаменты:
а— под стены; б— под колонны; 1— стена здания; 2— фундамент; 3— колонны
Столбчатые фундаменты устраивают обычно в каркасных зданиях под каждой опорой ил и колонной. Наибольшее распространение в промышленном строительстве имеют сборные железобетонные фундаменты в виде башмака стаканного типа под сборную железобетонную колонну (рис. 2.16). При больших нагрузках размеры башмаков могут быть на- столько большим и, что их транспортирование и монтаж становятся затруднительными.
Размеры подошвы фундамента определяются расчетом. Эти размер ы зависят от величины давления на подошву фундамента и расчетного со- противления основания.
Рис. 1.3 Сборный фундамент под колонну промышленного здания:
2– ступенчатый сборный фундамент;
Расчетная формула получается из условия, чтобы действующее на подошву фундамента давление не превышало (было равно) расчетного сопротивления грунта. Для жесткого ленточного фундамента (см. рис. 1.3) ширину подошвы определяют по формуле
R − γH
где р — нагрузка на 1 м фундамента, к Н; R — расчетное сопротивление грунта, кН/м2; γ — объемный вес материал а фундамента и грунта на его обрезах (примерно 20 кН/м3).
Таким образом, основной размер фундамента — размер его подошвы, определяется, прежде всего, из условия несущей способности грунта. Полученный фундамент проверяется затем на жесткость, чтобы размер его подошвы не выходил за пределы, ограничиваемые углом α (см. рис. 2.14).
Сплошные (плитные) фундаменты устраивают при больших нагрузках и слабых грунтах под всей площадью здания или же под отдельной частью здания с повышенными нагрузками. Такие фундаменты представляю т собой сплошную монолитную ребристую железобетонную плиту ил и железобетонную безбалочную плиту (рис. 1.4). Свайные фун даменты обычно применяют при возведении зданий на слабых грунтах или при залегании плотных грунтов на значительной глубине от подошвы фундаментов. В последнее время свайные фундаменты на коротких сваях получили распространение при строительстве промышленных и гражданских зданий и на обычных грунтах.
Рис.1.4. Сплошные
фундаменты:
а– ребристая плита;
б– безбалочная плита
При современной технологии изготовления свай и устройства свайных фундаментов замена ленточных, столбчатых и сплошных фундаментов свайными позволяет уменьшить объем земляных работ, материала и сборных конструкций дл я устройства фундамента. Кроме того, свайные фундаменты обладаю т меньшим и осадками и имеют другие преимущества. В настоящее врем я замена обычных ленточных фундаментов из сборных блоков свайными целесообразна при глубине заложения подушки ленточного фундамента более 1,7 м от поверхности планировки.
По характеру работы различают сваи двух типов : сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки пронизывают толщу слабого грунта и передаю т нагрузку своими нижними концам и слою более прочного и плотного грунта (рис. 1.5, а). Такие сваи работают как колонны. Фундаменты из свай стоек применяют тогда, когда на глубине от подошвы фундамента, не превышающей длины свай, залегает слой грунта, достаточно мощный и прочный, чтобы передать на него всю нагрузку от веса здания.
Согласно нормам, таким слоем (пластом) может служить скальная
порода, плотный крупнообломочный гру нт или твердая глина. Сваи- стойки, опирающиеся нижним концом на такие грунты, практически не получают осадок.
Висячие сваи (рис. 1.5 , б), находясь полностью в уплотненном при забивке свай слабом грунте, передают нагрузку на грунт за счет сил трения по боковой поверхности свай и сопротивления внедрению свай в грунт (лобового сопротивления).
Рис. 1.5. Свайные ундаменты:
а– со сваями- стойками; б– с висячими сваями; 1– железобетонные сваи-стойки;
2– деревянные висячие сваи; 3– железобетонный ростверк*
*Ростверк– плита, воспринимающая нагрузку от веса здания и равномерно распределяющая ее на все сваи фундамента
Фундаменты из висячих свай применяют в тех случаях, когда слой прочного грунта, способного воспринять нагрузку от веса здания, залегает на глубине, при ко торой применение свай-стоек технически неосуществимо или экономически нецелесообразно.
Висячие сваи находятся в грунтовых условиях, при которых неизбежны осадки свайного фундамента. Величина осадки зависит от вида и плотности грунтов, залегающих ниже плоскости острия свай.
Сваи в плане располагают в шахматном порядке ил и рядами на рас- стояниях от 3 до 5 диаметров сваи. При забивке свай с такой густо той грунт между сваями уплотняется. Сваи изготовляются из дерева, бетона и железобетона. Деревянные сваи готовят из сосновых, еловых, реже дубовых бревен диаметром 20—30 см. Их можно применять в грунтах ниже самого низкого уровня грунтовых вод на участке строительства. В противном случае под влиянием периодического смачивания и высыхания сваи загнивают. В настоящее время деревянные сваи применяют все реже, их вытеснили более прочные и долговечные бетонные и железобетонные сваи.
При строительстве мостов на устройство фундаментов затрачивают до 40% времени и труда и до 30% финансовых средств, а в сложных инженерно-геологических условиях эти показатели еще выше.
Повышение экономической эффективности фундаментостроения должно осуществляться в неразрывной связи с повышением качества работ, которое во многом предопределяет надежность и долговечность любых сооружений в целом. Особое внимание требуется уделять доброкачественному проектированию и выполнению подземных работ, поскольку из-за отсутствия надежных методов контроля за состоянием оснований и фундаментов в период эксплуатации сооружений не всегда удается своевременно принять необходимые меры по устранению последствий случайных дефектов. Такие дефекты, возникшие в результате допущенных ошибок при проектировании и не замеченные в период возведения фундаментов, в дальнейшем, спустя некоторое время, начинают проявляться в виде разного рода деформаций сооружений, затрудняющих или исключающих нормальную их эксплуатацию. Устранение дефектов, как правило, требует затрат, значительно превышающих первоначальные, а для мостов, кроме того, и длительных перерывов или ограничений движения обращающихся нагрузок.
Чтобы проектировать и строить фундаменты не только экономично, но, главное, надежно, необходимо ясно представлять, как передаются на грунты нагрузки от сооружений, особенности поведения грунтов под действием на них сжимающих, выдергивающих и сдвигающих нагрузок, как изменяются свойства разных грунтов при действии на них воды, какие фундаменты и в каких грунтах следует применять, какими способами их возводить. Ответы на перечисленные и многие другие вопросы можно получить в результате изучения предмета «Основания и фундаменты».
Для изучения предмета «Основания и фундаменты» необходимо знать основы инженерной геологии, механики грунтов и гидрогеологии. Инженерная геология изучает и оценивает влияние геологических факторов на работу проектируемых зданий и сооружений, а также возможные изменения этих факторов в результате нарушения природных условий при возведении и эксплуатации зданий и сооружений. Механика фунтов занимается изучением напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств грунтов оснований, разработкой методов расчета прочности и деформаций оснований, способов определения давления грунтов на ограждающие конструкции. Гидрогеология изучает подземные воды, содержащиеся в толще грунтов.
§ 2. Основные понятия. Классификация оснований и фундаментов
Рис. В. 1. Фундамент опоры моста из одного несущего элемента 1 — надфундаментная часть опоры; 2 — фундамент; 3 — поверхность грунта (дно водотока); 4 — уровень размыва; 5 — несущий пласт грунта; 6 — условный контур основания; 7 — подошва фундамента; 8 — боковая грань фундамента; 9 — уступ; 10 — обрез фундамента; d — глубина заложения фундамента; А — высота фундамента; d1 — расчетное заглубление фундамента в грунт
Рис. В. 2. Фундамент из куста несущих элементов 1 — надфундаментная часть опоры; 2 — фундамент; 3 — ростверк; 4 — тампонажный слой бетона; 5 — несущие элементы; 6—поверхность грунта (дно водотока); 7 — уровень размыва; 8 — несущий пласт грунта; 9 — подошва тампонажного слоя; 10—боковая поверхность ростверка; 11 — обрез фундамента
Рис. В. 3. Безростверковая опора 1 — подферменная плита (насадка); 2 — стойка; 3 — фундамент стойки; 4 — поверхность грунта (дно водотока); 5 — уровень размыва
Все здания и сооружения опираются на поверхностные слои земли (глины, пески, скальные породы и др.), именуемые в строительной практике грунтами.
Основанием называют часть массива грунтов, непосредственно воспринимающую нагрузку и вследствие этого подверженную деформациям под ее воздействием. Основание из грунтов природного сложения называют естественным. Основание из предварительно уплотненных или укрепленных тем или иным способом грунтов называют искусственным.
Если основание состоит из одного слоя грунта, его называют однородным, если из нескольких слоев — неоднородным. Слой (пласт) грунта, на который опирается фундамент, называют несущим слоем, а нижележащие слои — подстилающими.
Фундаментом называют часть здания или сооружения, находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание. Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис. В.1), и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис. В. 2).
Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента поверхность его соприкасания с надфундаментной частью здания или сооружения; подошвой фундамента нижнюю поверхность его соприкасания с грунтом основания; высотой фундамента расстояние от его подошвы или нижнего конца (низа) несущих элементов до обреза; глубиной заложения фундамента расстояние от поверхности грунта или уровня воды в водоеме до подошвы фундамента или низа несущих элементов.
Под воздействием на фундамент вертикальных нагрузок, равномерно сжимающих грунты основания, происходят перемещения зданий и сооружений, называемые осадкой. При действии на фундаменты неравномерных сжимающих нагрузок наблюдаются наклоны, именуемые кренами. Воздействие больших горизонтальных нагрузок иногда приводит к смещениям, называемым сдвигами.
Для предотвращения возможности появления недопустимых осадок, кренов или сдвигов зданий и сооружений (исходя из условия обеспечения их нормальной эксплуатации) фундаменты закладывают на некоторой глубине от дневной поверхности, чтобы передать расчетные нагрузки на более прочные грунты.
В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения. Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения (см. рис. В. 1), иногда неправильно называемых «фундаментами на естественном основании», является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфундаментной части сооружения только через их подошву. Их боковая поверхность в работе не участвует из-за невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между боковыми поверхностями фундаментов и котлованов грунтом с плотностью, равной или выше природной. В отличие от фундаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые фундаментами глубокого заложения (см. рис. В. 2), передаются на грунт не только через их подошву или торец несущих элементов в виде свай, оболочек, столбов либо опускных колодцев, но и через их боковую поверхность вследствие проявления сил трения, сопротивляющихся вдавливанию (вертикальному смещению) фундаментов в грунт, и сил бокового отпора грунта, сопротивляющихся смещению (сдвигу или повороту) фундаментов.
Благодаря тому, что в работе фундаментов глубокого заложения кроме подошвы участвует их боковая поверхность, повышается степень использования прочностных свойств материалов, а следовательно, сокращается их расход. Для устройства фундаментов глубокого заложения в равных с фундаментами мелкого заложения условиях требуется, в зависимости от конструкции фундаментов и сложности местных особенностей строительства, в 2—4 раза меньше бетона. При этом объем земляных работ сокращается в 5—10 раз, затраты труда и сроки строительства фундаментов уменьшаются в 1,5—3 раза. Кроме существенной экономической эффективности фундаменты глубокого заложения обладают более высокой надежностью.
Водопропускные трубы сооружают, как правило, с фундаментами мелкого заложения и редко с фундаментами из свай разных типов. Опоры мостов традиционной конструкции, имеющие надфундаментную часть, возводят с фундаментами как мелкого, так и глубокого заложения.
Применяемые для мостов, водопропускных труб, зданий и других сооружений фундаменты мелкого и глубокого заложения подразделяют по конструктивным особенностям. Фундаменты мелкого заложения можно разделить на массивные, сплошные в виде плиты, ленточные, стоечные, комбинированные. Фундаменты глубокого заложения подразделяют по виду несущих элементов: из свай, оболочек, столбов или опускных колодцев.
В свою очередь фундаменты перечисленных видов могут быть монолитными, полностью возводимыми на месте постройки, и сборными, монтируемыми из заранее изготовленных элементов. Промежуточное положение занимают сборно-монолитные фундаменты, состоящие из сборных элементов, омоноличиваемых бетоном, например сваи с монолитной плитой, фундаменты из сборных железобетонных оболочек, заполняемых бетоном, и т. п.
Помимо перечисленных основных видов фундаментов в практике строительства мостов и труб известны разновидности фундаментов, представляющие собой видоизмененные основные конструкции, например безростверковые фундаменты опор мостов, так называемые безростверковые опоры. Характерной особенностью таких опор (рис. В. 3) является использование нижней заглубленной в грунт части стоек в качестве фундамента, не имеющего объединяющего их ростверка, а верхней части стоек, возвышающейся над грунтом или над водой и объединенной подферменной плитой (насадкой), в качестве надфундаментной конструкции опор. В качестве стоек опор используют сваи, оболочки или столбы.
Безростверковые опоры широко применяют для мостов с длиной пролетных строений до 33 м, в ряде случаев до 100 м. Опоры проектируют преимущественно из одного, реже из двух рядов стоек по фасаду моста. В каждом ряду имеется две и более стоек.
Отказ от устройства ростверка в конструкции опор одновременно с уменьшением потребности в бетоне обеспечивает значительное сокращение затрат ручного труда и сроков возведения опор главным образом благодаря исключению котлованных работ по устройству ростверка.
Читайте также: