Условный массивный фундамент это

Обновлено: 17.05.2024

Проверка несущей способности свайного фундамента по грунту

Проверка несущей способности по грунту свайного фундамента как условного массивного

Для данной проверки свайный фундамент рассматривается как условный массивный фундамент в форме прямоугольного параллелепипеда, состоящий из ростверка, свай и грунта, ограниченный контуром А-Б-В-Г

Размеры подошвы условного фундамента определяют по формулам:

где а_с, b_с – соответственно длина и ширина подошвы условного фундамента;

а_сп, b_сп – соответственно длина и ширина свайного поля по наружным граням крайних свай, м;

d₁ – глубина погружения свай в грунт ниже подошвы ростверка, м;

φ_mt – приведенное среднее значение расчетных углов внутреннего трения грунтов, прорезанных сваями, определяемое о формуле

φ_I_,_i – расчетные значения углов внутреннего трения отдельных слоев грунта толщиной h_i; при этом ∑h_i=d_i.

При наклонном расположении свай, если размеры условного фундамента определяются точками пересечения наклонных граней свай с плоскостью острия сваи (рис 5.4).

Проверка несущей способности основания условного фундамента заключается в том, чтобы среднее p и максимальное p_мах давления на грунт в сечении А-Б (рис 5.4) по подошве условного фундамента удовлетворяли следующим условиям

где R – расчетное сопротивление грунта в уровне нижних концов свай, кПа

b_с – ширина условного фундамента, м; при ширине более 6 м принимается b_с = 6 м;

d – глубина условного фундамента, м;

g_I – осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, расположенного выше подошвы условного фундамента, вычисленное без учета взвешивающего действия воды; допускается принимать g = 19,62 кН/м 3 или определять по формуле (2);

k₁, k₂ – коэффициенты, принимаемые по табл. 4 приложения 5;

γ_п – коэффициент надежности по назначению сооружения, γ_п = 1,4;

γ_с – коэффициент условий работы, с учетом рассматриваемых временных нагрузок принимается равным γ_с = 1,2;

a_c –длина условного фундамента, м;

d₁ – глубина погружения свай в грунт ниже подошвы ростверка, м;

F_hx – тормозная сила, кН (см. исходные данные);

М_с – момент тормозной силы в уровне подошвы ростверка, кНм

F_hx, h_p – приведены в исходных данных;

N_c – нормальная составляющая давления условного фундамента на грунт основания, кН, определяемая с учетом веса грунтового массива А-Б-В-Г вместе с заключенными в нем ростверком и сваями по формуле

где N_ГР – нагрузка от веса грунта в пределах всего условного фундамента А-Б-В-Г, определяемая по формуле

а_с, b_c, h_p – соответственно длина, ширина и высота ростверка, м.

γ_I – осредненное по слоям расчетное значение удельного веса грунта, определяемое по формуле

где γ_Ii – расчетный удельный вес отдельных геологических слоев грунта, лежащих выше подошвы условного фундамента, кН/м 3 ;

Рис. 5.4. Схема условно массивного свайного фундамента:

а) при применении только вертикальных свай; б) при применении вертикальных и наклонных свай

Расчет несущей способности сваи по грунту

Сваи широко применяют в строительстве. Они позволяют устраивать фундамент на неустойчивых почвах, ограждать котлованы, возводить подпорные стенки и укреплять грунт.

Это экономичный, устойчивый вариант установки фундамента, применяемый практически в любых условиях.

В статье мы расскажем о видах свай, порядке и различных методах расчета фундамента.

Расчет свай начинается с выбора их типа.

По способу заглубления в грунт различают:

Забивные сваи. Самый популярный вид. Погружаются в грунт путем забивки пневматическим молотом на рассчитанную глубину;
Буронабивные сваи устанавливаются в самые короткие сроки. Сначала методом шнекового бурения разрабатывают скважину и уплотняют грунт вокруг нее. Потом одновременно с извлечением бура под давлением закачивают в скважину бетонную смесь. Сразу после этого в ней устанавливают армирующий каркас. Его изготавливают из металлических стержней на заводе или строительной площадке;
Вибропогружаемые опускаются в толщу пород под действием собственного веса. Специальная установка передает вибрацию через сваю на грунт, за счет этого уменьшается сила трения между конструкцией и частицами почвы и свая постепенно погружаются в породу. Метод применяется на площадках с песчаным или насыщенным влагой грунтом;
Винтовые конструкции имеют лопасти на концах, благодаря им конструкция погружается в землю. Хорошо работают на неустойчивых грунтах и плывунах при наличии недалеко от поверхности прочной породы. При монтаже не издают шума, не повреждают почву, могут устанавливаться на площадках с плотной застройкой. Монтаж осуществляется вручную или с применением легкой техники;
Вдавливаемые устанавливаются без сильных толчков и вибраций, создают минимальную нагрузку на почву и фундаменты расположенных вблизи сооружений. Подходят для строительства крупных объектов в местах с плотной застройкой и вблизи зданий с неустойчивыми или старыми фундаментами.

По виду материала:

Железобетон. Самый популярный материал для возведения крупных объектов. Металл, составляющий каркас обеспечивает стойкость к изгибающим нагрузкам, а бетон защищает металлоконструкцию от воздействия окружающей среды, обеспечивает стойкость к вертикальным нагрузкам и увеличивает силу трения с грунтом;
Дерево. Применяется в индивидуальном строительстве на сухих почвах. Дешевый и доступный материал, но требует дополнительной гидроизоляции;
Металл. Из этого материала выполняют винтовые сваи. После изготовления их покрывают специальным составом, защищающим их от коррозии.

Сваи отличаются по виду конструкции и форме. Это могут быть квадратные, прямоугольные, многоугольные и круглые сечения. Последний вид приобрел наибольшую популярность благодаря простоте изготовления и расчета нагрузки на такую конструкцию.

По характеру работы:

Сваи-стойки работают за счет установки их нижней части на прочную породу. Они передают нагрузку на устойчивое основание, миную другие, менее надежные слои;
Висячие сваи работают за счет силы трения между ними и сжатыми грунтами вокруг.

На выбор типа конструкции влияют условия работы, особенности грунтов, конструкция и вес здания. Для правильного расчета необходимо обратиться к специалистам, способным провести все необходимые измерения и изыскания.

Проектирование свайного фундамента

При проектировании свайного фундамента необходимо участь ряд факторов, влияющих на его устойчивость:

Глубина залегания толщина и надежность пород;
Масса здания;
Условия строительства и эксплуатации;
Конструктивные особенности здания.

При проектировании инженеры опираются на данные геологических изысканий и на их основе определяют возможность строительства, рассчитывают количество свай, выбирают их вид, форму и материал.

Второй важный фактор — это нагрузка от здания.

Она складывается из нескольких видов нагрузки:

Постоянная. Включает в себя вес самого здания;
Долгосрочная временная — это вес станков, оборудования и других тяжелых конструкций;
Краткосрочная временная складывается из веса мебели и людей в здании;
Снеговая и ветровая нагрузки рассчитываются отдельно для каждого здания на основании климатических данных региона согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Карта снеговых районов России

Вид сваи зависит от технико-экономических показателей строительства. Подбирается самый дешевый вариант, удовлетворяющий все требования и обеспечивающий надежность конструкции.

На этапе проектирования инженеры предусматривают запас прочности, обеспечивающий длительный срок эксплуатации фундамента даже при больших нагрузках.

Расчет ростверка

Важный показатель для строительства — количество свай в ростверке. Этот показатель напрямую влияет на способность конструкции правильно передавать нагрузку на основание и обеспечивать прочность фундамента.

Ростверк — это балка, соединяющая верхние части свай и равномерно распределяющая между ними нагрузку.

Количество свай в ростверке находят по формуле:

dp — заглубление ростверка;
N0I — максимальное значение суммы нагрузок от веса здания;
Yk — коэффициент надежности;
F — максимальная нагрузка на одну сваю;
A — площадь ростверка;
Ymt — усредненный вес ростверков и грунта на его обрезах.

Полученное в результате вычислений число округляется всегда в большую сторону до целого значения.

Сваи распределяют согласно правилам:

В шахматном порядке, в два ряда или в одну линию с равными промежутками;
Расстояние между соседними сваями не менее трех их диаметров;
Минимальное расстояние от края ростверка до ближайшей сваи равно одному ее диаметру;
При возникновении только вертикальных нагрузок сваи заглубляют в ростверк всего на 5–10 см, в иных случаях соединение делают более надежным и дополнительно рассчитывают.

При расчетах ростверков инженеры работают, основываясь на СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Алгоритм расчета свайного фундамента

Процесс расчета начинается с определения общего веса здания.

Он состоит из суммы массы всех конструкций:

При расчете толщина каждого слоя конструкции умножается на ее высоту и на плотность. В результате рассчитывается нагрузка на 1 м2 конструкции.

Кратковременные равномерно распределенные нагрузки (вес людей и мебели) берутся с расчетом 150 кг/м2. Сумма нагрузок вычисляется путем умножения значения на общую площадь здания. После этого определяется нагрузка от веса снега. Она будет зависеть от климатического района и форму крыши.

Чем больше угол наклона крыши, тем меньше будет снеговая нагрузка.

После этого определяется несущая способность каждой сваи и их количество в ростверках. Полученные значения дополнительно проверяют и только после этого приступают к дальнейшему проектированию и строительству здания.

Расчет несущей способности по грунту

Несущая способность — это значение, необходимое для выполнения правильных расчетов. Выполнить расчет можно с помощью нескольких методов.

Предварительный теоретический расчет по формуле Fd = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * fi * li), где:

А — площадь опирания на грунт нижней части единицы конструкции;
Yc, Ycr, Ycri — коэффициенты, учитывающие условия работы фундамента, основания, сил трения;
U — периметр разреза сваи;
fi — сила трения на боковых стенках;
R — величина несущей способности грунта в месте опирания;
li — длина боковых частей.

Метод статических нагрузок — это комплекс полевых работ, связанных с практическим нахождением несущей способности.

Это наиболее точный метод:

На площадке устанавливают пробную сваю;
Дают конструкции набраться прочности в течение положенного срока;
Установленный на сваю ступенчатый домкрат передает на нее нагрузку;
Специальный прибор замеряет усадку сваи;
На основе полученных данных проводятся расчеты.

Метод динамической нагрузки -на уже установленный свайный фундамент передают ударную нагрузку и после каждого удара определяют усадку и проводят необходимые расчеты.

Метод зондирования — пробную сваю оснащают датчиками, погружают на расчетную глубину и определяют сопротивление грунтов.

После выполнения теоретического расчета необходимо дополнительно выполнить одно или несколько полевых испытаний и дополнительных расчетов на их основании. Это поможет проверить правильность расчетов и изысканий на практике.

Для упрощения расчетов инженерами был создан калькулятор несущей способности грунта с использованием макросов в Excel.

Он способен:

Построить график изменения несущей способности;
Разбить толщу пород на слои, основываясь на введенных данных;
Найти коэффициент работы всей поверхности сваи;
Учесть коэффициенты, уменьшающие несущую способность.

Расчет сваи-стойки, опирающейся на несжимаемое основание

Данные для расчета берут в СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».

В таблице указаны значения расчетных сопротивлений свай:

Табличные значения сопротивлений для разных типов грунта

Формула для расчета сваи-стойки:

gc — коэффициент, учитывающий работу грунта;
R — взятое из таблицы сопротивление грунта;
А — площадь разреза сваи.

Результат расчета используется для дальнейшего нахождения количества свай в ростверке.

Заключение

Расчет несущей способности сваи по грунту — это непростой процесс, требующий опыта и внимания со стороны инженеров. Расчет выполняется в несколько этапов, теоретически полученные значения проверяют в ходе полевых испытаний, полностью исключая возможность ошибки.

Расчет свайного фундамента могут выполнять только профессионалы с инженерным образованием и разрешением на подобную деятельность.

Армирование массивных фундаментов

Во наговорили-то.
Поверхности в любом случае надо армировать, хотя бы из предположения того, что сверху слона уронят или кто-нить молотком тюкнет. Так же температурка повлияет не в лучшую сторону.
Рабочее армирование, присоединяюсь к многим отписавшим, скорее всего не потребуется.

П.С. арматуру вообще то всегда подбирают по напряжениям, для тонкостенных элементов справедлива теория плоских сечений, на которой и основан СНИПовский расчет, и поэтому никто не заморачивается. НООООО. Это частный случай работы упругого тела, на котором жизнь не заканчивается.

Ну ну, а какая арматура обычно применяется, для армирования массивных блоков ГЭС?
Уж не та ли про которую Серега говорил? Ну ну, а какая арматура обычно применяется, для армирования массивных блоков ГЭС?
Уж не та ли про которую Серега говорил? А причем тут это? Проверка моих знаний? Так это пустое, то что там видел на одном чертеже для одного блока одной ГЭС для одного напора, вовсе не значит что все такие. Ну я то по более видел.
Просто в основном для внутренних блоков и стен в основном шла однотипная арматура, конструктивная.

пытаюсь быть инженером

Екатеринбург Ну я то по более видел.
Просто в основном для внутренних блоков и стен в основном шла однотипная арматура, конструктивная. и снова,а как назначить эту конструктивную арматуру?
по СНиП, СП на железобетон (как то не понятно. )?
какое сечение бетонного элемента брать? какой процент армирования? __________________
хочу всё знать понимать и снова,а как назначить эту конструктивную арматуру?

3.6. Расстояние в свету между арматурными стержнями по высоте и ширине сечения должно обеспечивать совместную работу арматуры с бетоном и назначаться с учетом удобства укладки и уплотнения бетонной смеси.

Расстояние в свету между стержнями для немассивных конструкций следует принимать в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.

В массивных железобетонных конструкциях расстояния в свету между стержнями рабочей арматуры по ширине сечения определяются крупностью заполнителя бетона, но не менее 2,5d где d — диаметр рабочей арматуры.

3.7. Толщину защитного слоя бетона следует принимать:

не менее 30 мм для рабочей арматуры и 20 мм для распределительной арматуры и хомутов в балках и плитах высотой до 1м, а также в колоннах с меньшей стороной до 1 м:

не менее 60 мм и не менее диаметра стержня для рабочей и распределительной арматуры массивных конструкций с минимальным размером сечения более 1 м.

Толщину защитного слоя бетона в железобетонных конструкциях морских гидротехнических сооружений необходимо принимать:

для рабочей арматуры стержневой — не менее: 50 мм:

для распределительной арматуры и хомутов — не менее 30 мм.

Для сборных железобетонных элeмeнтoв заводского изготовления при применении бетона класса по прочности на сжатие В15 и выше толщина защитного слоя может быть уменьшена на 10 мм против указанных выше величин.

При эксплуатации железобетонных конструкций в условиях агрессивной среды толщину защитного слоя необходимо назначать с учетом требований СНиП 2.03.11-85.

3.8. В массивных нетрещиностойких железобетонных плитах и стенах сечением высотой 60 см и более с коэффициентом армирования при надлежащем обосновании допускается многорядное расположение арматуры по сечению элемента, способствующее уменьшению максимальной ширины раскрытия трещин по высоте сечения.

3.9. Если стержни арматуры размещаются в два и более ряда, то диаметры стержней рядов должны отличаться друг от друга не более чем на 40 %.

3.10. Из условия долговечности гидротехнических сооружений без предварительного напряжения диаметр арматуры следует принимать для рабочей стержневой арматуры из горячекатаной стали не менее 10 мм, для спиралей и для каркасов и сеток вязаных или изготовленных с применением контактной сварки — не менее 6 мм.

3.11. Продольные стержни растянутой и сжатой арматуры должны быть заведены за нормальное или наклонное к продольной оси элемента сечение, где они не требуются по расчету, в соответствии с требованием СНиП 2.03.01-84.

3.12. Распределительную арматуру для элементов, работающих в одном направлении, следует назначать в размере не более 10% площади рабочей арматуры в месте наибольшего изгибающего момента.

3.13. При выполнении сварных соединений арматуры следует выполнять требования СНиП 2.03.01-84.

3.14. В конструкциях, рассчитываемых на выносливость, в одном сечении должно стыковаться, как правило, не более половины стержней растянутой рабочей арматуры. Применение стыков внахлестку (без сварки и со сваркой) для растянутой рабочей арматуры в этих конструкциях не допускается.

3.15. В изгибаемых элементах при высоте сечения более 700 мм у боковых граней следует устанавливать конструктивные продольные стержни. Расстояние между ними по высоте должно быть не более 400 мм, площадь поперечного сечения — не менее 0,1 % площади сечения бетона со следующими размерами: высота элемента равна расстоянию между стержнями, ширина — половине ширины элемента, но не более 200 мм.

3.16. У всех поверхностей железобетонных элементов, вблизи которых ставится продольная расчетная арматура, необходимо предусматривать также поперечную арматуру, охватывающую крайние продольные стержни. Расстояние между поперечными стержнями у каждой поверхности элемента должно быть не более 500 мм и не более удвоенной ширины грани элемента.

3.17. Во внецентренно сжатых линейных элементах, а также в сжатой зоне изгибаемых элементов при наличии учитываемой в расчете сжатой продольной арматуры необходимо устанавливать хомуты.

Расстояние между хомутами следует принимать в вязаных каркасах не более 15d, в сварных — не более 20d где d - наименьший диаметр сжатой продольной арматуры. В обоих случаях расстояние между хомутами должно быть не более 500 мм. Конструкция поперечной арматуры должна обеспечивать закрепление сжатых продольных стержней от бокового выпучивания в любом направлении. В местах стыковки рабочей арматуры внахлестку без сварки или если общее насыщение элемента продольной арматуры составляет более 3 % хомуты следует устанавливать на расстоянии не более 10d и не более 300 мм.

В массивных внецентренно сжатых элементах, рассчитанных без учета сжатой арматуры, расстояние между конструктивными поперечными связями (хомутами) допускается увеличивать до двух высот (ширин) элемента.

3.18. Расстояние между вертикальными поперечными стержнями в элементах, не имеющих отогнутой арматуры, и в случаях, когда поперечная арматура требуется по расчету, необходимо принимать:

а) на приопорных участках (не менее 1/4 пролета) при высоте сечения менее или равном 450 мм — не более h/2 и не более 150мм;

при высоте сечения более 2000 мм - не более 3/4h и не более 500 мм;

при высоте сечения, равной или более 2000 мм — не более h/З:

б) на остальной части пролета при высоте сечения 300—2000 мм — не более 3/4h м не более 500 мм;

при высоте сечения более 2000 мм — не более 3/4h.

3.19. В элементах, работающих на изгиб с кручением, вязаные хомуты должны быть замкнутыми с перепуском их концов на 30 диаметров хомута, а при сварных каркасах все поперечные стержни обоих направлений должны быть приварены к угловым продольным стержням, образуя замкнутый контур.

3.20. Отверстия в железобетонных элементах следует располагать в пределах ячеек арматурных сеток и каркасов.

Отверстия с размерами, превышающими размеры ячеек сеток, должны окаймляться дополнительной арматурой. Суммарная площадь ее сечения должна быть не менее сечения прерванной рабочей арматуры того же направления.

3.21. При проектировании сталежелезобетонных конструкций, в которых обеспечивается совместная работа арматуры и стальной оболочки, толщину последней следует принимать минимальной по условиям монтажа и транспортирования.

3.22. Арматура железобетонных конструкций должна предусматриваться в виде армоферм, армопакетов, сварных каркасов и сеток.

Типы армоконструкций следует назначать с учетом принятого способа производства работ. Они должны обеспечивать возможность механизированной подачи бетона и тщательной его проработки. Установку арматуры в железобетонных конструкциях необходимо производить индустриальными методами при максимальной экономии металла на конструктивные элементы для закрепления ее в блоке бетонирования.

Увеличение площади сечения арматуры, определенной расчетом на эксплуатационные нагрузки, для восприятия нагрузок строительного периода не допускается.

Фундамент глубокого заложения

Если фундамент закладен на глубину до 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1,5-2, то его называют фундаментом мелкого заложения и возводят в котлованах.

Если подошва фундамента расположена на глубине больше 5-6 м м и отношение этой глубины к ширине подошвы больше 1,5-2, то такой фундамент будет глубокого заложения.

Фундаменты глубокого закладывания подразделяются на свайные, опускные колодцы, кессоны. Они имеют разные специфические способы производства работ и соответственно особые конструкции.

Кроме этого фундаменты глубокого заложения и мелкого заложения отличаются:

- способом производства работ;

- расчетами: при расчетах фундамента мелкого заложения учитывается работа (сопротивление) грунта только на подошве фундамента, фундаментов глубокого заложения – учитывается еще и сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, то есть фундамент рассчитывается с учетом его заделки (защемления) в грунте.

Основания подразделяютсяна:

- естественные и искусственные;

- скальные и нескальные.

Скальные основания представляют собой массивные каменные горные породы, изверженные, метаморфические и осадочные, которые спаяны и сцементированы жесткой связью между зернами, и которые залегают в виде сплошного массива или трещиноватой толщи и характеризующиеся значительными пределами прочности при сжатии (больше 50 кгс/см2).

Деформации скальных оснований при действии нагрузки от сооружений небольшие и их часто не учитывают.

При выборе отметки заложения оснований сооружения важным является глубина заложения скальных пород, их трещиноватость, обломочность, мощность, зоны выветривания.

Это самые надежные и несжимаемые основания.

Нескальные основания представляют толщу рыхлых горных пород –грунтов несвязных или связных, но прочность их внутренних связей во много раз меньше прочности материала самих минеральных часттиц. Это отложения крупнообломочных, песчаных, глинистых и илистых грунтов. Эти основания требуют к себе наибольшего внимания при возведении сооружений, так как им свойственна значительно большая деформируемость и неоднородность по сравнению со строительными материалами, из которых возводятся сооружения(бетон, железобетон, и тому подобное).

Если фундамент возводится на грунте с сохранением его природных качеств, то есть на грунте ненарушенной структуры, то такое основание называется естественным.

Если грунт перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом , то такое основание называется искусственным.

2. Глубина заложения фундаментов. Нормативные положения. Выбор рационального фундамента.

Выбор глубины заложения подошвы фундамента является одним из основных этапов проектирования. Выбор глубины заложения фундаментов выполняется по «Снип2.02.01-83. «Основания зданий и сооружений».

Выбрать глубину заложения– это значит найти в напластовании грунтов несущей площадки несущий слой, способный выдержать давление от сооружения и правильно заложить в нем подушку фундамента.

От принятой глубины заложения зависит тип фундамента, его конструкция и способ производства работ.

Чем выше заложена подошва, тем экономический фундамент (меньшая стоимость работ на его устройству).

Так как верхние слои грунта не обладают достаточной несущей способностью, необходимо заглубление подошвы фундамента. Для одних и тех же грунтовых условий можно избрать несколько вариантов глубины заложения и типов фундаментов. Выбирается наиболее экономичный фундамент путем сравнения технико-экономических показателей.

Решая вопрос о выборе глубины закложения фундамента, типа фундамента, учитывают три основных фактора:

1) инженерно-геологические условия площадки строительства;

2) климатические воздействия на верхние слои грунта;

3) особенности сооружений как возводимых, так и расположенных

Инженерно-геологические условия площадки строительства

Выбор глубины заложения и типа фундамента начинается с оценки грунтовых условий (несущей способности грунтов) на основе материалов инженерно-геологических исследований, то есть изысканий, в которых должны быть отражены:

- геологическое строение места строительства сооружения (грунтовые колонки, геологические разрезы, геологические характеристики грунтов);

- сведения об инженерно-геологических процессах в районе строительства (оползни, карстовые явления, и тому подобное);

- физические и механические характеристики грунтов, полученные в результате полевых и лабораторных испытаниях;

- гидрологические условия (сведения о подземных грунтовых водах, их режимах, агрессивности по отношению к материалу фундамента, сведения о режимах рек).

Оценку несущей способности грунтов выполняют послойно сверху вниз по геологическим разрезам и грунтовым колонкам.

Каждая площадка строительства имеет свои специфические особенности. Напластование грунтов сугубо индивидуально. Но в большинстве случаев могут быть выделены три характерные схемы грунтовых условий (рис. 2)

1- прочный грунт (надежный);

2- малопрочный грунт (слабый).

Понятие «слабый» и «надежный» грунт – достаточно относительные. Эти понятия связываются с проектуемым сооружением. Если проектируется легкое сооружение, то даже сильно сжимаемые грунты могут быть «надежными». При тяжелых сооружениях, под нагрузкой которых фундаменты получают большие осадки, грунты даже средней сжимаемости, будут считаться «слабыми».

Схема 1: Толщина надежных грунтов может состоять из нескольких слоев, но подстилающие слои должны иметь качества по сжимаемости и сопротивлению грунта сдвигу не ниже верхнего слоя толщи (то есть каждый нижележащий слой прочнее предыдущего).

Глубина заложения зависит от климатических условий и особенностей сооружения. Самое простое решение – принятие минимальной глубины заложения, допускаемой при учете климатических воздействий и особенностей сооружения (рис. 3)

Схема 2: При таком напластовании можно наметить ряд решений (в этом случае «слабые» грунты сверху, внизу «надежные»). Рациональность принятых решений зависит от глубины, на которой залегают «надежные» грунты, и от характера возводимого сооружения (см. рис. 4):

а) самое простое решение – прорезка «слабых» грунтов и передача давления на «надежные» (рис. 4а);

б) если «надежный» грунт залегает на большой глубине, то фундамент свайный или столбчатый (рис. 4б);

в) легкие сооружения можно основать на коротких сваях, передающих нагрузку на «слабый» грунт (мощность «слабого» грунта достаточно большая);

г) слабые грунты могут быть уплотнены или заменены песчаной подушкой.

Схема 3: В этом случае рекомендуются такие решения:

а)самое простое, но всегда самое эффективное решение – прорезка верхнего «надежного» и «слабого» слоев и передача давления на нижний «надежный» грунт (рис. 5);

б) опереть фундамент на верхний «надежный» грунт и проверить при этом величину давления на кровлю слабого слоя (рис. 6);

в) закрепить «слабый» слой грунта, то есть устроить искусственное основание.

К инженерно-геологическим относятся и гидрогеологические условия.

Климатические воздйствия на верхние слои грунта.

Под воздействием промерзания и протаивания, высыхания и увлажнения верхние слои грунта могут изменять свой объем, вызывая неравномерные деформации основания и фундамента. Наиболее опасным является сезонное промерзание грунтов.

Многие грунты при промерзании увеличиваются в объеме (испытают пучение). Это пучиноопасные грунты. К ним относятся глинистыегрунты, пылеватые и мелкозернистые пески.

Непучиноопасными является среднезернистые, крупнозернистые и гравелистые пески, гравий, галька, медленно выветривающиеся скальные породы.

При расположении подошвы фундамента в зоне промерзания при пучинистых грунтах на фундамент могут действовать силы пучения, нормальные к его подошве и касательные к боковой поверхности.

В случае превышения нормальными силами пучения величины давления на грунт сооружения, в процессе промерзания грунтов могут возникнуть неравномерные и значительные подъемы фундамента, а при оттаивании – неравномерные осадки. Это приводит к разрушению сооружения.

Следует учитывать, что промораживание грунтов в процессе строительства недопустимо. По «СниП 2.02.01-83» глубина подошвы фцндамента

где d_f – расчетная глубина сезонного промерзания грунта для данной местности;

d_fn– нормативная глубина сезонного промерзания;

k_h – коэффициент влияния тепловодного режима сооружения;

k_h=1,1 – для мостов.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта d_fn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет при определенных условиях (над оголенной от снега поверхности при уровне меженных вод ниже уровня сезонного промерзания).

При отсутствии данных наблюдений определяется расчетом по «СниП 2.02.01-83» п.2.27.

При строительстве на водотоках непременным условием при выборе глубины заложения является учет возможных размывов дна у опоры после строительства моста. Глубина заложения фундамента с учетом размывов принимается за п. 12.5 «СниП 2.02.01-83».

Особенности сооружений возводимых и соседних.

К особенностям сооружений относятся нагрузки, передаваемые на основание, чувствительность конструкций к неравномерным осадкам, планируемая долговечность сооружения и их уникальность. Кроме того наличие подвалов, приямков, характер подземного хозяйства около объекта строительства. Примыкание к фундаментам ранее построенных зданий приводит к необходимости учитывать глубину заложения существующих фундаментов здания, чтобы не нарушать структуру грунта под их подошвами.

Пример учета особенностей сооружения: Для мостов внешне статически неопределимых систем наиболее пдходящими грунтами для оснований яляются малосжимаемые скальные и полускальные грунты. При соответствующем обосновании расчетом пролетних строений могут применяться плотные крупнообломочные грунты, крупнозернистые пески. При других грунтах обычно применяют статически определимые пролетные строения.

3. Предельные состояния оснований. Общие положения расчетов.

Расчет по предельным состояниям впервые был предложен и внедрен советскими учеными Стрелецким Н.С., Гвоздевым А.А. и др., он позволяет получить наиболее экономичные конструктивные решения при разумном запасе несущей способности втечение всего срока службы сооружения.

Предельными называется такие состояния, при которых становится невозможной или вызывает значительные затруднения нормальная эксплуатация сооружения.

Предельные состояния делятся на 2 группы:

І группа – состояния, когда эксплуатация сооружения невозможна из-за исчерпывания его несущей способности (прочность, стойкость);

ІІ группа – состояния затрудняющие нормальную эксплуатацию сооружения (деформированность).

Наиболее опасным являются нарушения состояний І группы, которые ведут к полному или частичному разрушению сооружения.

Предельные состояния І группы проявляются в виде просадок фундамента, вызванных потерей устойчивости грунтоа основыания, а также в виде потери устойчивости положения фундамента и всего сооружения в результате опрокидывания, плоского или глубинного сдвига и т.д. Это катастрофические явления.

Нарушения предельного состояния ІІ группы выражаются в виде осадок фундаментов. Величина осадок значительно меньше просадок.

Просадки – это вертикальные деформации, вызванные коренным изменением структуры грунта.

Осадки – это деформации, вызванные уплотнением грунта без коренного изменения его стуктуры.

Грунтовые основания деформируются под нагрузкой от сооружения всегда. При действии на фундамент только вертикальных центрально приложенных сил, основание сжимается равномерно. Если в нагрузках есть горизонтальные силы и момент, то деформации неравномерны, возникают крены (наклоны) сооружений.

Крен сооружений небезпечен в мостовых опорах, может привести к нарушению опорных частей пролетных строений, нарушению сопряжения моста с насыпями. При больших кренах опор возможны обрушивания пролетных строений.

Основная расчетная формула по І группе предельных состояний – расчет оснований по несущей способности согласно «СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений» п.2.58:

где - расчетная нагрузка на основание (от внешних нагрузок);

F_u – сила предельного сопротивления основания;

Чаще всего проверка прочности грунтов снования выражается формулой:

где R – расчетное сопротивление грунта основания;

где R_n – нормативное сопротивление грунта ;

– коэффициент надежности по грунту, учитывающий неоднородность грунтов и их механических характеристик;

А – геометрическая характеристика подошвы фундамента (площадь, момент сопротивления).

При проверки прочности основания давление на грунт не должны превышать расчетного сопротивления грунта R. Величина R назначается как некоторая доля давления, вызывающего предельное состояние. Оно зависит не только от физико-механических свойств грунта, но и от относительного заглублення фундамента ( h– глубина заложения фундамента, b – ширина фундамента) и схемы образования плскостей сдвигов.

Работа грунта под подошвой фундамента хорошо просматривается на песчаных основаниях (рис. 7)

І- фаза уплотнение ІІ- фаза сдвига ІІІ-стадия разрушения - просадка

Рис. 7 – График деформации песчаного грунта под нагрузкой.

Основная особенность грунтов заключается в том, что они не являются сплошными телами, а имеют поры, которые частично, или полностью заполнены водой. Сначала при действии внешней нагрузки происходит только уплотнение (сжатие) грунтов за счет уменьшення пор, то есть осадка происходит только за счет уплотнения грунта и носит линейный характер (Іфаза). С течением времени увеличение осадки прекращается, то есть осадка затухает и ее величина становится постоянной во временем. На графике (рис. 7) – это І фаза - фаза уплотнения.

На втором участке графика, где нагрузка больше, вследствие чего возникает сдвиг частиц относительно друг друга(то есть в основании, особенно в случае горизонтальных сил, появляются касательные напряжения, которые стремятся сдвинуть частицы). Зависимость между осадкой и давлением носит криволинейный характер (ІІ фаза). С течением времени осадка равномерно нарастает. Деформации грунта происходят в основном за счет сдвига частиц – поэтому ІІ фаза – фаза сдвига. В начальный период несущая способность грунта еще не исчерпанна. Но в конце сдвиг грунта получает еще большее развитие и вызывает нарастание осадки без увеличения нагрузки, в результате чего происходит разрушение грунта и выпор его из-под фундамента (ІІІ фаза). Осадка нарастает мгновенно и неограниченно.

Фаза ІІ – фаза сдвига заканчивается образованием непрерывных поверхностей скольжения под подошвой фундамента, грунт теряет прочность, становится подвижным, образуется уплотненное грунтовое ядро. Просадки носят катастрофический характер.

Как указывалось выше схема разрушения и величина R – несущая способность основания зависят и от относительной глубины заложения фундамента h/b. На рис. 8 даны схемы потери стойкости песчаного основания от h/b.

2 – поверхности сдвига

Рис.8 – Схеме потери стойкости песчаного основания

Рис.9 – Схема потери стойкости песчаного основания

Сдвиг грунта и выпирание его из-под подошвы фундамента, вызывающие резкие осадки фундамента, происходят без выпора за счет уплотнения грунта, расположенного выше подошвы фундамента. В этом случае фундамент находится в более благоприятных условиях работы.

в) При третьем случае h/b>3. 4 сдвиг возможен за счет уплотнения грунта, расположенного ниже подошвы фундамента. Четко выраженных поверхностей скольжения не образуются, осадки фундамента возрастают плавно. При таких глубинах заложения практически не вызываются нарушения устойчивости и первое предельное состояние, как правило, не достигается. Поэтому в расчетах R присутствуют величины h и b.

Расчетное сопротивление основания (грунтов) принимается по приложению 24 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы».

где Ro – условное сопротивление грунта;

d – глубина заложения фундамента (d=h);

b – ширина фундамента.

Общая формула расчета по ІІ группе предельных состояний по п. 2.38 «СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений»:

где S –совместная деформация основания и сооружения, определяется по указаниям норм (осадка, крен, горизонтальные перемещения, разность осадок соседних фундаментов и тому подобное), является функцией нагрузок, размеров фундамента и характеристикгрунтов;

S_u – предельное значение совместной деформации основания и сооружения, устанавливается нормами для данного сооружения («СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений и СНиП2.05.03-84. Мосты и трубы»).

Расчеты прочности следует вести на наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок с учетом соответствующих коэффициентов надежности по нагрузке, то есть на расчетные нагрузки.

Расчеты деформации ведут на нормативные нагрузки.

Тема : ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ.

1. Общие сведения.

2. Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.

1.1 Массивные жесткие фундаменты.

1.2 Ленточные фундаменты.

1.3 Отдельные фундаменты под стойки («башмаки»).

1.4 Фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты.

2. Материалы для фундаментов.

1. Общие сведения.

Фундаменты мелкого заложения – это фундаменты, глубина заложения которых не превышает 4 - 6 м.

Фундаменты мелкого заложения возводят в котлованах, открытых с поверхности грунта на полную глубину, до подошвы фундамента.

При малых глубинах заложения подобный метод является чаще всего самым выгодным.

Отличительной особенностью фундаментов мелкого заложения является то, что при расчете их перемещений и определении напряжений в основании не учитывается сопротивление грунта по боковой поверхности фундамента, поэтому фундаменты мелкого заложения передают давление только через подошву. Такой работе фундамента соответствует его ступенчатая конструкция.

2. Виды и конструкции фундаментов мелкого заложения.

Различают следующие основные виды фундаментов мелкого заложения по их конструкции:

1) массивные жесткие фундаменты;

2) ленточные фундаменты под стены зданий или ряды колонн;

3) отдельные фундаменты под стойки и колонны сооружений («башмаки»);

4) фундаменты в виде сплошной железобетонной плиты под всем сооружением.

2.1 Массивные жесткие фундаменты.

Такие фундаменты сооружают под массивные сооружения (например, массивные мостовые опоры «быки»). Выполняют из бетона или бутобетона (80% бетона и 20% бута).

Фундаменты жесткие, невоспринимающие растягивающие усилия и потому имеют ступенчатую форму.

При расчетах жесткостью таких фундаментов пренебрегают, то есть их считают бесконечно жесткими, сами они не деформируются.

Схема массивного фундамента под мостовую опору показана на рис. 1.

Рисунок 1 – схема массивного фундамента

при этом в фундаменте не возникают растягивающие усилия.

2.2 Ленточные фундаменты.

Такие фундаменты устраивают под стенки зданий из сборных бетонных и железобетонных блоков, редко из бутовой кладки. Ленточные фундаменты под ряды колонн устраивают при стоечных опорах путепроводов, имеющих конструкцию чувствительную к неравномерным осадкам основания. Такие фундаменты устраивают также в случае малого расстояния между стойками когда выполнение отдельных фундаментов становиться не рациональным, а также при сильно сжимаемых грантах.Схема ленточного фундамента показанна на рис.2.

Рисунок 2 – Схема ленточного фундамента под стоечную опору путепровода.

Ленточные фундаменты под стойки и колонны чаще всего делают железобетонными. Под внутренние колонны фундаменты выполняют в виде перекрестных лент. Ленточные фундаменты под стены жилых, общественных и промышленных зданий делают из сборных бетонных блоков – стен и железобетонных блоков – подушек. Блоки заводского изготовления. Фундаментные блоки-подушки укладываются плотно друг к другу или с промежутками, образуют прерывистый фундамент. Применение прерывистых фундаментов возможно при прочных малосжимаемых грунтвх и приводит к уменьшению стоимости строительства и типизирует конструкцию.

ВОПРОС 5. Массивные фундаменты

С целью сокращения объема бетона в тело массивного фундамента закладывают пустообразователи.

При передаче на такой фундамент больших моментов (мачты, дымовые трубы и т.п.) целесообразно его усиление анкерами, что позволяет повысить устойчивость сооружения, уменьшить его размеры и массу.

ВОПРОС 10. Порядок проектирования фундаментов под железобетонные колонны.

Под железобетонные колонны лучше всего выбирать фундаменты стаканного типа. Такое основание может быть монолитным или сделанным из сборных частей. Возводить ступенчатое основание следует лишь в случае, когда фундамент достигнет отметки выше 35 см. Нужно учитывать, что ступени сборного фундамента имеют наклонную поверхность, а монолитного основания — горизонтальную. Для монтажа данного фундамента, прежде всего, необходимо вырыть котлован и на его дно передать оси возводимого сооружения. Далее при помощи откладывания расстояния по поперечным и продольным осям можно закрепить кольями проектное положение самого фундамента. Помните, что смонтировать сборный фундамент можно лишь в пределах закрепленного четырехугольника, или можно возвести опалубку для монолитного фундамента. Фиксирующие строительные оси нужно установить в плановое положение короба по отвесам, и опускать их следует с проволок. После этого необходимо плотно закрепить установленные короба. На следующем этапе производится установка подколонника, который монтируется чуть ниже отметок на коробе, чтобы в дальнейшем можно было подливать бетон, и довести границу фундамента до проектной отметки. Если же фундамент будет немного ниже отметки, то при установке колонн следует подложить металлическую подкладку нужной толщины под башмак колонны. Еще перед укладкой сборного фундамента необходимо зафиксировать положение осей на блоки. Если возводимые объект имеет небольшие габариты, то монтаж должен осуществляться от осей, которые закреплены струнами. Основание рекомендуется устанавливать в плановое положение при помощи отвеса. На завершающем этапе монтажа фундамента стаканного типа под железобетонные колонны нужно нанести четыре осевых риски по всем краям стакана, определить все отметки четырех углов и дна стакана, или же измерить величину отклонения отметок от плановых.

Читайте также: