Толщу грунта воспринимающую давление передаваемое фундаментом сооружения называют

Обновлено: 16.05.2024

Виды оснований и фундаментов

Основанием называют толщу грунтов, воспринимающих нагрузку от здания и сооружения. Разделяют их на естественные и искусственные. Естественным считается основание, которое используется в условиях природного залегания после незначительной предварительной подготовки. Искусственные основания — это такие основания, свойства которых улучшают с помощью различных методов (конструктивных, уплотнения и закрепления). Необходимость в этом возникает в том случае, если грунты имеют очень низкую несущую способность и не могут воспринимать нагрузку от веса зданий и сооружений.

Фундаментом называют подземную часть здания, предназначенную для передачи нагрузки от веса сооружения на основание (рис. 9,а). Плоскость фундамента, опирающуюся на основание, называют подошвой. Поверхность фундамента, на которую опирается надземная часть конструкции и границы между уступами фундамента, называют обрезом. Слой грунта, на который опирается подошва, называют несущим слоем, остальные слои — подстилающими. Расстояние от поверхности земли до подошвы называют глубиной заложения фундамента df. Объем грунта, деформирующийся под действием внешней нагрузки, — это рабочая зона основания. Глубину рабочей зоны основания называют мощностью сжимаемой толщи Нс. Уровень подземных вод обозначают отметкой WL, подошвы фундамента — FL, нижнюю границу сжимаемой толщи BS.

По способам передачи давления от сооружения на грунты оснований различают три категории фундаментов: фундаменты в открытых котлованах (рис. 9,б), которые возводятся в котлованах и передают давление на основание только по подошве; фундаменты глубокого заложения (рис. 9, в) формируются или погружаются в грунт с помощью специальных устройств, они передают нагрузку на основание как путём трения по боковой поверхности фундамента, так и по подошве; свайные фундаменты (рис. 9, г) по способам передачи нагрузки на грунт основания и методам производства работ, при их устройстве, занимают промежуточное положение между двумя упомянутыми выше типами фундаментов.


Рис. 9. Схемы фундаментов

а — основание и фундамент; б — фундаменты в открытых котлованах; в — фундаменты глубокого заложения; г—свайные фундаменты; 1 — фундамент; 2 - обрезы фундамента; 3 — подошва; 4 — несущий слой грунта; 5—подсти­лающий слой; 6 — рабочая зона основания; 7 — уровень подземных вод; 8 — насыпной грунт; 9 — котлован.

Известно, что долговечность и другие эксплуатационные характеристики зданий и сооружений зависят от несущей способности оснований. Анализ причин аварий, имевших место во время строительства и эксплуатации, показал, что значительная их часть происходила в результате ошибок, допущенных при проектировании и устройстве оснований и фундаментов. Устранение последствий этих ошибок приводит, как правило, к значительным затратам, которые иногда превышают первоначальную стоимость фундаментов. Затраты на устройство оснований и фундаментов могут достигать 20 % и более от суммарной стоимости зданий и сооружений, поэтому уменьшение этих расходов может дать существенную экономию материальных средств.

Надёжность оснований и фундаментов зависит от способа выполнения строительных работ, правильной оценки физико-механических свойств грунтов оснований, а также учёта их совместной работы с фундаментами и всеми надземными конструкциями. Неправильная оценка физико-механических свойств грунтов оснований, как правило, приводит к развитию неравномерных осадок фундаментов зданий и, в конечном счёте, к полному разрушению здания.

С развитием строительства была постепенно осознана необходимость устройства фундаментов, располагаемых ниже поверхности земли для передачи давления от веса здания на более плотные слои грунта. В отличие от первобытных построек, которые возводились на поверхности земли, для большинства фундаментов предварительно разрабатывали котлованы, хотя археологические раскопки в Египте и Индии показали, что ещё до нашей эры при строительстве храмов и других сооружений использовались свайные фундаменты и опускные колодцы.

Использование фундаментов, возводимых в открытых котлованах, и свайных фундаментов с тех пор значительно изменилось. Помимо известных решений стали применяться и более прогрессивные конструкции фундаментов, металлические сваи из проката, винтовые, набивные и сваи из труб, заполняемых бетоном после погружения, а также сваи и сваи-оболочки различных конструктивных форм и размеров. В строительстве малоэффективные каменные и монолитные фундаменты стали заменять сборными фундаментами из унифицированных бетонных и железобетонных блоков.




Конструктивное решение фундаментов зависит от условий залегания, свойств грунтов строительной площадки

Контрольные вопросы:

17. Что называется основанием и фундаментом здания.

19. Приведите классификацию фундаментов, используемых в современном строительстве.

20. Какие факторы следует учитывать при проектировании оснований и фундаментов?

21. Какие принципы положены в основу проектирования оснований и фундаментов?

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ РЕЗЕРВУАРА

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.

Тема 3.1. Общие сведения об основаниях и фундаментах.

Всякое инженерное сооружение опирается на землю и передает ей давление от собственного своего веса и действующих на него нагрузок. Для передачи и распределения этого давления на грунт устраивают фундамент, служащий опорным элементом сооружения.

Основанием называют толщу грунта, воспринимающую давление от собственного веса, временной нагрузки и передаваемое фундаментом сооружения.

Основания могут быть естественными и искусственными. Если фундамент возводится на грунте с сохранением его природных качеств, то такое основание называется естественным. Если грунты перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом, то основание называется искусственным.

Основания транспортных сооружений должны проектироваться на основе:

а) результатов инженерно-геодезических, инженерно-геологических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства;

б) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузки, действующие на фундаменты, и условия его эксплуатации;

в) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений (с оценкой по приведенным затратам) для принятия варианта, обеспечивающего наиболее полное использование прочностных и деформационных характеристик грунтов и физико-механических свойств материалов фундаментов или других подземных конструкций.

При проектировании оснований и фундаментов следует учитывать местные условия строительства, а также имеющийся опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений в аналогичных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:

типа основания (естественное или искусственное);

типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, столбчатые, плитные и др.; железобетонные, бетонные, буробетонные и др.);

Основания должны рассчитываться по двум группам предельных состояний: первой - по несущей способности и второй - по деформациям.

3.1.2. Грунты как естественное основание.

Так как поверхностные слои грунтов обычно имеют небольшую несущую способность и периодически подвергаются промерзанию, оттаиванию и размыву протекающими водами, то фундамент, как правило, заглубляют до более прочных слоев грунта. Толщу грунта, воспринимающую давление, передаваемое фундаментом сооружения, называют основанием. Несущая способность грунтов основания зависит от их структуры и физических свойств. Большое влияние на качество грунтов как основания инженерных сооружений оказывают гидрологические условия в месте строительства, а также методы производства работ по устройству фундаментов сооружения.

Грунты, которые могут служить основанием инженерных сооружений, разделяются на: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Крупнообломочные грунты состоят из несвязанных между собой обломков горных пород угловатых неокатанных (щебень, дресва) или окатанных (галька, гравий). В щебне и гальке большую половину (по массе) составляют частицы размером более 10 мм; в дресве и гравии таких частиц менее половины. Крупнообломочные породы имеют большую несущую способность, водопроницаемы, малосжимаемы и обычно служат хорошим основанием сооружений.

Скальные грунты (граниты, песчаники, известняки и др.) в большинстве случаев имеют большую прочность и при достаточной мощности пластов обычно служат надежным основанием для сооружений. Некоторые скальные породы, как гипс и слабый известняк, могут растворяться проникающей к ним водой. В результате этого образуются пустоты, называемые карстами, которые опасны для строящихся сооружений.

Песчаные грунты состоят из зерен размером менее 2 мм. В зависимости от содержания зерен разной крупности различают: гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые пески. Гравелистые пески имеют (по массе) более 25% частиц крупнее 2 мм, крупные - более 50% частиц крупнее 0,5 мм, средние - более 50% частиц крупнее 0,25 мм, мелкие - более 75% частиц крупнее 0,1 мм и пылеватые - менее 75% частиц крупнее 0,1 мм. Несущая способность песчаного грунта тем больше, чем крупнее и шероховатее его зерна и чем он плотнее. Увлажнение уменьшает несущую способность песков. Насыщенные водой мелкие пески превращаются в плывуны. Песчаные грунты имеют хорошую несущую способность. Под нагрузкой они уплотняются за счет уменьшения объема пор и отжатия из них воды. Появившиеся осадки довольно быстро прекращаются.

Глинистые грунты содержат мельчайшие частицы (менее 0,005 мм), придающие глинам пластичность. В зависимости от содержания таких частиц различают супеси (3-10% по массе), суглинки (10-30%) и глины (более 30%). В глинистых грунтах наблюдается не только трение между их частицами, но и сцепление. В глинистых грунтах, кроме свободной воды, содержится также связанная вода в виде пленок, покрывающих частицы. Сухие плотные глинистые грунты имеют высокую несущую способность. С увеличением влажности грунт набухает, переходя из твердой консистенции в пластичную. При этом его несущая способность уменьшается. Под нагрузкой глинистые грунты дают длительные осадки тем большие, чем больше влажность грунта.

Основными параметрами механических свойств грунтов, определяющими несущую способность оснований и их деформации, являются прочностные и деформационные характеристики грунтов (угол внутреннего трения j, удельное сцепление с, модуль деформации грунтов Е, предел прочности на одноосное сжатие скальных грунтов Rc и т.п.).

Осадки основания безопасны для сооружений, если давление, передаваемое грунту, не превышает величин, называемых расчетным сопротивлением грунта.

Расчетное сопротивление грунта (кроме скальных), характеризующее их несущую способность, зависит от глубины залегания слоя грунта, размеров фундамента в плане. Чем глубже заложен данный слой грунта, тем он плотнее и несущая способность его больше.

Расчетные сопротивления грунтов зависят от их вида и физико-механических качеств и выражаются в кг/см². Для скальных грунтов расчетное сопротивление зависит от предела прочности образцов на сжатие. Для крупнообломочных грунтов (каменистый, щебенистый, галечный, гравийный) от их породы. Для песчаных и глинистых от их плотности, влажности и пористости.

Характеристики грунтов природного сложения, а также искусственного происхождения, должны определяться, как правило, на основе их непосредственных испытаний в полевых или лабораторных условиях с учетом возможного изменения влажности грунтов в процессе строительства и эксплуатации сооружений.

3.1.3. Способы получения искусственных оснований.

Грунт, имеющий недостаточную прочность и высокую сжимаемость, в основании сооружения может быть заменен песчаной или гравийной подушкой. Есть еще способ поверхностного уплотнения грунтов. Уплотнение глинистых грунтов на глубину до 40-45см может быть произведено с помощью катков различных систем, виброплит или способом трамбования.

При силикатизации в качестве основного вяжущего используется натриевое жидкое стекло, которое затвердевая цементирует грунтовые частицы превращая закрепляемый грунт в прочный и водонепроницаемый массив.

Следующий способ – закрепление сухих и водонасыщенных песчаных грунтов с помощью карбамидной смолы. В результате взаимодействия раствора карбамидной смолы и соляной кислоты образуется гель, который связывает частицы песка в прочный монолит.

Цементацию применяют в скальных трещиноватых породах с целью уменьшения их водонепроницаемости и укрепления. Цементный раствор заполняет трещины и пустоты в скале, что придает монолитность породе.

Существуют также методы глинизации, битумизации грунтов, укрепление глинистых грунтов с помощью электротока (электроосушение), обжиг грунтов, искусственное замораживание грунтов.

Читайте также: