Требование к основанию фундамента

Обновлено: 04.05.2024

Фундаменты, являются неотъемлемой частью любого здания и большинства сооружений, значительно отличаются по своей работе от остальных строительных конструкций. Задача фундаментов состоит в том что бы обеспечить передачу нагрузки от строения на грунты основания.

Под воздействием нагрузок от сооружения грунт, в основном, работает на сжатие и на сдвиг, что приводит к деформациям основания и осадкам зданий.

Таким образом, задача проектирования во многом состоит в «приспособлении» сооружения к геологическим условиям площадки строительства и в комплексном рассмотрении системы «основание - фундамент - сооружение».

Особенностью проектирования системы «основание - фундамент» является недостаток исходной информации, характеризующей основание в целом и каждого слоя в отдельности.

В связи с этим проектирование фундаментов всегда сопряжено с риском, оценить который не всегда представляется возможным. Вместе с тем ошибки при проектировании могут привести к потере устойчивости или развитию недопустимых деформаций основания сооружения.

В основу проектирования оснований и фундаментов заложены следующие принципы:

✔ проектирование оснований сооружений по предельным состояниям;

✔ учет совместной работы системы «основание - фундамент - сооружение»;

✔ комплексный учет факторов при выборе типа фундаментов, несущего и подстилающих слоев основания в результате совместного рассмотрения, в том числе:

✔ инженерно-геологических условий площадки строительства;

✔ особенностей сооружения и чувствительности его несущих конструкций к неравномерным осадкам;

✔ методов выполнения работ по подготовке оснований и устройству фундаментов.

Актуальные цены 2022 года от поставщиков

Комплексный взаимный учет всех этих факторов делает задачу проектирования и устройства фундаментов сложной и ответственной. Ошибки, допущенные при проектировании и возведении фундаментов, могут привести к проведению дополнительных мероприятий, значительно превышающих стоимость фундаментов.

При разработке проектов фундаментов необходимо обеспечить:

✔ прочность и эксплуатационную надежность зданий и сооружений (деформации конструкций не должны превышать предельно допустимых величин);

✔ максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов основания, а также прочности материала фундамента;

✔ минимальную стоимость, материалоемкость и трудоемкость устройства фундаментов;

✔ максимальное сокращение сроков строительства.

Фундаменты должны удовлетворять следующим требованиям:

✔ быть прочными и долговечными, устойчивыми к грунтовым водам и морозному выветриванию;

✔ быть устойчивыми на опрокидывание и сдвиг в плоскости подошвы;

✔ не превышать нормативных величин абсолютных и неравномерных осадок;

✔ отвечать технико-экономическим требованиям и современным способам производства работ.

Фундаментом называется заглубленная в грунт конструкция, передающая нагрузки и воздействия от здания (сооружения) на основание.
Основанием называется напластование грунтов, воспринимающее давление от сооружения.

В строительстве применяют фундаменты нескольких типов:

✔ фундаменты мелкого заложения (обычно не глубже 3.. .4 м), возводимые в отрытых котлованах.

Они передают нагрузку от надземной части сооружений через подошву (нижнюю опорную часть фундамента). К ним относятся ленточные фундаменты под несущие стены и ряды колонн, столбчатые фундаменты под пилоны и колонны; сплошные плиты - под всю площадь сооружения или его часть

✔ свайные фундаменты, посредством которых нагрузка от зданий передается на слои относительно глубоко залегающих грунтов, зачастую обладающие лучшими свойствами, чем покровные отложения.

Если свая опирается в малодеформируемый грунт, например в скалу, то ее называют сваей-стойкой. Если свая имеет вертикальные перемещения под действием нагрузки от сооружения, то она носит название висячей.

Обычно сваи объединяют в группы посредством особой балочной системы, которая называется ростверком

✔ фундаменты глубокого заложения (столбы, плиты), которые позволяют передавать нагрузки на плотные слои грунтов, скалу на глубине десятков метров; в последнем случае роль фундаментов могут играть конструкции подземного сооружения (плиты, стены, колонны).

Такие фундаменты имеют небоскребы Нью-Йорка, высотные дома Москвы, Московская телебашня, а также массивные промышленные сооружения - атомные реакторы, доменные печи, зерновые элеваторы и т. п.

Естественное основание-обычный природный грунт, используемый как опора фундаментов без предварительной подготовки (слой грунта, залегающий непосредственно под подошвой называется несущим, остальные - подстилающими).

Искусственные основания выполняются заменой естественного грунта или посредством улучшения его свойств. Используют немало способов создания искусственных оснований. Простейший из них - искусственная подушка (песчаная, щебеночная и др.).

Ею заменяют верхние ненадежные слои грунта (насыпные грунты, торфы, илы и т. п.). Кроме того, существует большое количество других способов искусственного улучшения грунтов.

Классификация фундаментов. Определение и виды оснований. Основания и фундаменты

Определение и виды оснований. — Требования, предъявляемые к фундаментам. — Классификация фундаментов. — Виды фундаментов: ленточные, бутовые, бутобетонные, столбчатые, свайные, сплошные. — Гидроизоляция.

Массив грунта, залегающий под фундаментом, способный надежно воспринимать давление от здания, называют естественным основанием.

Грунты, образующие основание, подразделяют на глинистые, песчаные, крупнообломочные и скальные.

Если грунты основания не способны надежно воспринимать давление от здания, их искусственно укрепляют.

Основание, грунты которого искусственно укреплены, называют искусственным.

Под действием нагрузки от здания глинистые, песчаные и крупнообломочные грунты способны сжиматься, что может повлечь за собой осадку здания. Величина и равномерность осадки зависят от величины нагрузки, сжимаемости грунта, формы и размеров опорной площади фундамента.

Сжимаемость и несущая способность различных видов грунтов неодинаковы, так как различны их физико-механические свойства. Грунтовые воды снижают несущую способность основания.

Требования, предъявляемые к фундаментам:

2) устойчивость на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента;

3) устойчивость к агрессивным грунтовым водам;

4) стойкость к атмосферным факторам (морозостойкость; пучение грунтов при замерзании);

5) соответствие по долговечности сроку службы здания;

По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание.

К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты.

Гибкие фундаменты выполняют из железобетона.

По конструктивной схеме (рис. 2) фундаменты делят:

1) на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами);

2) столбчатые (в виде отдельных столбов);

3) сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием);

Рис. 2. Конструктивные схемы фундаментов: а — ленточный; б — столбчатый; в- сплошной; г — свайный: 1 — монолитная железобетонная плита: 2 — сваи: 3 - ростверк; 4 — стена; 5 — фундаментные балки

По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными.

В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложений. Глубиной заложения фундамента называется расстояние от отметки планировки грунта до подошвы фундамента. Глубина заложения фундаментов зависит от конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвалов и др.), величины и характера нагрузок на основание, глубины заложения фундаментов смежных зданий, геологических и гидрологических условий участка (виды грунтов, их физическое состояние, наличие грунтовых вод, их отметки и колебания уровня), климатических особенностей района (глубина промерзания грунтов), а также от принятой конструкции фундамента.

ГЗ = ГП + Ц + 0,2,

где ГЗ — глубина заложения фундамента; ГП — глубина промерзания грунта; Ц — высота цоколя; 0,2 м — конструктивный запас.

Ленточные фундаменты устраивают под несущие стены здания. Они подразделяются на сборные и монолитные (рис. 3)

Рис. 3. Конструкции ленточных фундаментов: а — сборный; б — то же, прерывистый; в — монолитный фундамент (бутобетонный); г — бутовый фундамент: 1 — фундаментные подушки; 2 — бетонные блоки; 3 — отмостка; 4 — гидроизоляция; 5 — кирпичная облицовка (в полкирпича)

Сборные ленточные фундаменты собирают из железобетонных блоков-подушек прямоугольного или трапецеидального сечений высотой 300 и 500 мм, длиной от 800 и до 2800 мм. уложенные на выровненное основание вплотную одна к другой в направлении несущих стен, они образуют сплошную ленту, по которой в перевязку швов на растворе укладывают бетонные блоки стенки фундамента. Блоки стенки шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 580 мм, длиной 780, 1180 и 2380 мм могут быть сплошными и пустотелыми.

Пустотелые блоки неприменимы в грунтах, насыщенных водой, так как в пустоты блоков проникает вода и при замерзании разрушает их стенки. Фундаменты, в которых блоки-подушки уложены с расстоянием одна от другой, называются прерывистыми (рис. 4, б). Расстояние между блоками засыпают песком. Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных.

Рис. 4. Конструкции ленточных фундаментов: а — ленточный сборный фундамент; б -ленточный монолитный фундамент

Бутовые фундаменты. В современном строительстве бутовые фундаменты применяют только в тех районах, где бут является местным строительным материалом, потому что бутовые фундаменты трудоемки в изготовлении и неэкономичны.

Рис. 5. Ленточные монолитные фундаменты. План

Рис. 6. Ленточные сборные фундаменты. План

Рис.7. Ленточный бутовый фундамент: 1 — отмостка, 2 — обратная засыпка грунтом

Наиболее экономичными из монолитных ленточных фундаментов являются бутобетонные фундаменты.

Рис. 8. Бутобетонный фундамент

Их выполняют из бетона М75 (и выше) и бутового камня (40. 50%), вводимого в бетон по мере возведения фундаментов.

При устройстве монолитных фундаментов применяют инвентарную щитовую опалубку.

Рис. 9. Бутобетонный фундамент. План

Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного (например, малоэтажные здания, некоторые типы панельных зданий) или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3. 5 м), что экономически не оправдывает применение ленточных фундаментов.

Рис. 10. Столбчатый фундамент

Рис. 11. Столбчатый фундамент. План

Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными. Под зданиями с несущими стенами столбчатые фундаменты располагают под углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен, под простенками и через 3. 5 м на глухих участках стен. По столбчатым фундаментам под несущие стены устраивают фундаментные балки из сборного или монолитного железобетона. При расстоянии между столбчатыми фундаментами до 4 м иногда устраивают кирпичные армированные перемычки. Во избежание деформаций фундаментных балок от сил пучения грунтов при промерзании в пучинистых грунтах (под фундаментными балками) устраивают подушку из песка или шлака высотой 50. 60 см.

Столбчатые фундаменты устраивают и под отдельно стоящими опорами зданий: под каменные колонны — сборный фундамент из железобетонных блоков-подушек.

Свайные фундаменты устраивают на деревянных, бетонных и (редко) стальных сваях.

Свайные фундаменты различают:

1) по способу изготовления и погружения свай в грунт — на сваи забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте;

2) по характеру работы в грунте — на сваях-стойках, которые проходят через слабые грунты и опираются на прочный грунт, и висячих сваях (сваях трения), которые уплотняют слабый грунт и передают нагрузку на грунт трением, возникающим между грунтом и боковой поверхностью свай.

Для равномерного распределения нагрузки от здания на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту (ростверк).

Свайные фундаменты позволяют сократить объем земляных работ, расход бетона, снизить стоимость фундаментов. Вместе с тем свайные фундаменты менее экономичны по расходу стали.

Забивные железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов.

Набивные сваи устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой).

Буроопускные сваи отличает oт набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и скважиной песчано-цементным раствором.

Свайные фундаменты в плане могут состоять:

- из одиночных свай — под опоры;

- лент свай — под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов;

- кустов свай — под тяжело нагруженные опоры;

- сплошного свайного поля — под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по плану здания нагрузками.

Расстояние между сваями и их число определяют расчетом. Минимальное расстояние между висячими сваями принимают 3d (где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи).

Рис. 12. Свайный фундамент из сборных винтовых свай

Сплошные фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. Пространство между ребрами в плитах с ребрами вверх заполняют песком или гравием, а поверх устраивают бетонную подготовку. Бетонные плиты не армируют. Железобетонные армируют по расчету. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.

Рис. 15. Сплошные фундаментные плиты: а — под стены или колонны; б — плитно-балочный вариант; в — коробчатые; г — в виде цилиндрических оболочек; д — оболочек двоякой кривизны

Фундамент – подземная часть сооружения, назначением которой является передача нагрузки от здания и внешних воздействий грунтовому основанию.

Основание – совокупность напластования грунтов, на которые передается нагрузка от фундамента сооружения.

Основание делится на:

· естественное основание – основание, в котором грунт используется в его естественном состоянии при естественной влажности и ненарушенной структуре;

· искусственное основание – основание, которое усиливается путем искусственного улучшения свойств грунта (уплотнение, закрепление и т.д.);

Несущий слой – слой грунта, который воспринимает нагрузку непосредственно, то есть в пределах которого находится подошва фундамента.

Подстилающий слой – слой грунта, который подстилает несущий слой, от которого зависит устойчивость сооружения.

В результате дополнительного давления на фундамент от сооружения, в грунте возникает «активная зона». «Активная зона» - область массива грунта, в котором возникают напряжения и деформации от дополнительных нагрузок. Грунт под сооружением испытывает напряжение от собственного веса и дополнительное давление от сооружения.

Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая поверхность и ступени (рис.Ф.9.2,а). Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента. Нижняя плоскость, через которую передается нагрузка на основание, называется подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую поверхность.

Расстояние от поверхности планировки D_L до подошвы называется глубиной заложения d. Высота фундамента h_f определяется расстоянием от подошвы фундамента до его обреза. За ширину подошвы фундамента принимается ее наименьший размер b, а за длину - ее больший размер l, то есть l³ b.

Фундаменты под колонны могут иметь одну или несколько ступеней. Верхняя часть такого сборного фундамента имеет подколонник. Место в подколоннике, в которое устанавливается колонна, называется стаканом.

Вертикальная часть наружного ленточного фундамента образует фундаментную стену.

Общие требования к проектированию оснований и фундаментов.

1. Анализ инженерно-геологических условий строительства.

Задачи и объем инженерно-геологических изысканий устанавливается проектной организацией в зависимости от специфики проектируемого здания и грунтовых условий. Результаты изысканий представляются фирмой в виде отчета или заключения. Главные разделы: план расположения скважин, геологические профили площадки, результаты испытаний грунтов, графики компрессионных и сдвиговых испытаний, сводные данные по характерным грунтам площадки, заключения, выводы. Это исходный документ для проектирования оснований и фундаментов.

2. Требования к грунтам естественных оснований:

- малая и равномерная сжимаемость грунтов: обеспечение равномерной деформации сооружения и его эксплуатационной надежности;

- устойчивость при взаимодействии с водой, при воздействии динамических нагрузок (взаимодействие с водой ухудшает строительные свойства грунта; динамические нагрузки – структурные изменения грунта, увеличение деформаций);

- несущий слой грунта должен иметь достаточную мощность и небольшие углы напластования; это позволяет воспринимать нагрузку от фундамента и распространять ее на нижележащие слои грунта.

3. Типичные грунты:

- глинистые (глины, супеси, суглинки), от твердой консистенции до текучей;

- песчаные (крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, пылеватые; по плотности: плотные, средней плотности, рыхлые).

Негативные грунты: насыпные, лессовые просадочные, вечномерзлые, набухающие, илы, торф.

! Строим на любых грунтах, при условии изучения их свойств и проектирования с учетом их специфики.

Особые грунтовые условия:

- наличие в основании структурно неустойчивых грунтов;

- наличие негативных инженерно геологических процессов: сейсмика, вечная мерзлота, оползни, карсты;

- наличие инженерных процессов (подработка);

- регулярные динамические воздействия.

В СНиП раздел «Основания зданий и сооружений» содержит рекомендации по проектированию обычных и особых условий.

4. Гидрогеологические условия строительства.

Залегание грунтовых вод

Суффозия – ухудшение свойств грунтов.

! Знать: уровень грунтовых вод, сезонные и многолетние колебания, агрессивность к строительным материалам и грунтам, прогноз изменения уровня под влиянием природных и техногенных факторов.

! Уметь: классифицировать воды по их происхождению (природные, атмосферные, техногенные).

! Иметь в виду: всякое строительство ухудшает режим грунтовых вод.

Инженерно-геологические изыскания: нарушение естественных стоков, пересечение потока грунтовых вод, нарушение зоны аэрации, утечки коммуникаций.

В результате совместного воздействия, нарушения уклонов, стесненной аэрации и утечек коммуникаций на всех застроенных территориях наблюдается подъем грунтовых вод – подтопление.

5. Мероприятия по ослаблению влияния подтопления застроенных территорий.

- Обеспечение отвода поверхностных вод (уклоны, ливневая канализация).

- Устройство ливневой канализации, устройство дренажных систем, попутные инженерные сооружения (подпорные стены).

- Временное понижение вод при строительстве: открытый или закрытый водоотлив.

Проектирование сооружений любого назначения связано с решением одной из наиболее сложных задач — оценкой несущей способности основания и выбором оптимальных конструкций и методов возведения фундаментов. Сложность задачи предопределяется многообразием свойств грунтов и условий их залегания. Для успешного решения этой задачи необходимо иметь прежде всего возможно более подробные материалы о геологических и гидрогеологических условиях площадки проектируемого сооружения и свойствах грунтов основания с учетом их природного состояния и возможных последующих изменений под воздействием нагрузок от эксплуатируемого сооружения.

Основание должно иметь прочность, исключающую возможность выпирания грунта из-под фундамента; характеризоваться сжимаемостью грунтов, предотвращающей появление недопустимых равномерных и неравномерных осадок сооружения; быть устойчивым против вымывания или выщелачивания грунта из-под фундамента при воздействии потоков подземных или поверхностных вод; обладать необходимой устойчивостью против сдвига, а фундамент должен обеспечить передачу расчетных нагрузок от сооружения на основание с достаточными запасами прочности; иметь глубину заложения, при которой исключалось бы неблагоприятное воздействие пучения грунта при замерзании на прочность основания; выполняться из материала, устойчивого против разрушающих воздействий периодического увлажнения с промораживанием и агрессивного действия подземных вод.

Несоблюдение в практике проектирования и возведения зданий и сооружений перечисленных требований, а также ошибки в расчетах и низкое качество выполнения работ в ряде случаев приводили к авариям в результате выдавливания грунта из-под фундамента, сдвига большого массива грунта совместно с устоем и т. п.

Так, неправильная оценка физико-механических свойств грунта явилась причиной большой осадки фундамента устоя одного из мостов. За 2,5 года подошва фундамента, постоянно выдавливая слабые илистые грунты, осела в среднем на 5,4 м ниже проектной отметки заложения и остановилась в слое мелких песков, имея перекос 1,5 м (рис. В.4). По мере осадки и смещения фундамента в сторону русла устой наращивали, и в результате этого к моменту полного прекращения деформации основания устой имел искривленную форму. После достройки устоя мост был сдан в эксплуатацию.

Сдвиг левобережного устоя большого автодорожного моста произошел в процессе возведения насыпи, когда последняя была еще не досыпана на 2 м до проектной отметки (рис. В.5). Устой построен на фундаменте из 32 вертикальных свай сечением 30x30 см, заглубленных в плотные средней крупности пески. Под подошвой плиты фундамента по материалам первоначального инженерно-геологического обследования предполагался слой тугопластичных глин толщиной 2,7 м, подстилаемый пластом тугопластичных суглинков мощностью 2,8 м, а под ним — плотные средней крупности пески. Высота насыпи в месте примыкания к устою 10 м.

В результате глубокого сдвига грунта устой на уровне подошвы плиты фундамента сместился в пролет на 74 см и в низовую сторону на 35 см. При этом сломались все сваи, образовались выколы бетона и трещины в ростверке. Массив оползшего грунта сместился на 0,7—I м.

Контрольное бурение, проведенное с целью выявления причин аварии, показало, что под слоем глин залегает текучепластичный ил.

Проверкой устойчивости сдвинувшегося массива (вследствие глубокого сдвига по круглоцилиндрической поверхности) было установлено, что значение момента сдвигающих сил примерно равно моменту удерживающих сил, т. е. не был обеспечен необходимый запас устойчивости.

На основе анализа причин сдвига и результатов выполненных расчетов, а также проведенного дополнительного обследования района оползневого массива и мест сооружения новых опор было решено перед разрушившимся устоем возвести дополнительную опору и опереть на нее пролетные строения длиной 16,76 м со стороны реки и 22,16 м со стороны насыпи; новый устой расположить на необходимом расстоянии от разрушившегося, а два передних ряда свай его фундамента забить с наклоном 5:1 в сторону реки.

Рассмотренные характерные примеры аварий мостов показывают, что основными причинами их возникновения являются, как правило, недостаточное изучение геологических и гидрогеологических условий строительства, а также ошибочная оценка прочности и устойчивости оснований.

Рис. В. 4. Деформированный устой моста
1 — слой растительного грунта: 2 — ил; 3 — мелкие водонасыщенные пески
Рис. В. 5. Глубокий сдвиг устоя моста
1 — сваи; 2 и 2' — положения устоя соответственно до отсыпки насыпи и после его смешения; 3— проектное очертание насыпи; 4 и 4' — фактический контур насыпи до начала смещения и после него; 5 — поверхность скольжения; 6 — трещины сдвига; 7 — супеси; 8 — глины тугопластичные; 9 — текучепластичный ил; 10 — пески плотные

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: