Воп. Основные понятия и определения
Грунты—горные породы, слагающие верхние слои земной поверхности, образовавшиеся в результате выветривания.
Основание — толща грунтов со всеми особенностями их напластования, воспринимающего нагрузку от веса зданий н сооружений. Различают скальные и несильные основания.
Скальным основанием называют массивные горние породы с жесткими связями между частицами грунта, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массииа и имеющие значительную прочность ори сжатии (Лс>5 МПа).
Нескальные или грунтовые, основания представляют собой толщу несвязных или связных горных пород, имеющих связи между отдельными частицами, которые во много раз меньше прочности самих минеральных частиц. К этому типу относят основания из крупнообломочных, песчаных. пылевато-глинистых грунтов.
Нескальные основания подразделяют на естественные и искусственно улучшенные Первые используют при возведении зданий в условиях природного залегания после предварительной подготовки. Естественные основания разделяют на однородные, сложенные грунты одного типа и слоистые.
|
|
Фундаменты подразделяют на следующие основные категории: возводимые в открытых котлованах, глубокого заложения и свайные.
Фундаменты в открытых котлованах —- это такие фундаменты, которые после возведения и котловане / засыпаются грунтом 2 и передают давление на основание преимущественно по подошве.
Фундаментами глубокого заложения называют л фундаменты, формируемые или погружаемые н грунт с помощью специальных механизмов. Они передают нагрузку на основание как по подошве,так и за счет сил трения по боковой поверхности фундамента
Свайным фундаментом называют группу спай, объединенных поверху для совместной работы с помощью специальных плит или балок 3.
Вариантность решений
При проектировании фундаментов группы сооружений (зданий) или отдельного объекта прежде всего оцениваются инженерно-геологические и гидрогеологические условия возможной территории строительства. Объекты на этой территории желательно размещать таким образом, чтобы застраивались благоприятные площадки (с грунтами наиболее высокого качества, с уровнем грунтовых вод ниже проектной отметки подошвы фундаментов, со спокойным рельефом местности). Инженерногеологические условия площадки строительства оценивают на основании тщательного изучения материалов изысканий, в том числе данных лабораторных и полевых испытаний грунтов, данных статического и динамического зондирования, а в некоторых случаях путем испытания свай или опытных фундаментов.
|
|
Используя все полученные данные, уточняют значения рекомендованных геологами расчетных характеристик грунта для каждого слоя, зависящие, в частности, от того, для каких расчетов (по деформациям или прочности — устойчивости) они определяются.
Весьма важно также учесть опыт строительства на соседних территориях с аналогичными инженерно-геологическими условиями. Опыт строительства часто заставляет вносить коррективы в рекомендации, приводимые в инженерно-геологических заключениях. Действительно, чему отдать предпочтение; рекомендациям инженерно-геологического заключения об устройстве свайных фундаментов или опыту строительства более дешевых фундаментов на естественном основании, как это, например, сделано на соседнем участке, имеющем точно такие же инженерно-геологические и гидрогеологические условия? Критерием истины, согласно диалектическому материализму, является опыт, поэтому он должен быть детально изучен и учтен при проектировании и выборе вариантов,
Процесс рассмотрения вариантов' является одним из основных моментов проектирования фундаментов. В связи с этим важно правильно решить все принципиальные вопросы при разработке вариантов. С этой целью проектирование выполняют* по этапам:составляют эскизы всех реальных вариантов; отбрасывают наиболее неприемлемые из них ’(по способу производства работ, величинам ожидаемых неравномерностей осадок, долговечности и другим условиям);рассчитывают отобранные варианты одного наиболее загруженного типичного фундамента;производят технико-экономическое сравнение вариантов фундамента, удовлетворяющих требованиям расчета по деформациям и устойчивости, долговечности, возможности возведения их, в том числе в зимнее время.Каждый вариант доводят до оптимального решения, чтобы затрата на его устройство были минимальными. При этом, конечно, надо помнить, что в сооружении имеются и менее загруженные фундаменты, которые также не должны противоречить оптимальности решения.
2 вопрос.. Исходные данные. 1.необходимо иметь информацию о геологических, гидрогеологических условиях района строительства и свойствах грунтов строительной площадки. Для этого на строительной площадке проводит инженерно-геологические изыскания. Они включают проведение следующих работ: бурение скважин и разработку шурфов, обязательный отбор образцов с целью выяснения геологического строения и особенностей иаи.частования, лабораторные исследования для установления физико-механических свойств грунтов.2. данные об особенностях геологическою строения и напластования грунтов на строительной площадке, сведения о мощности отдельных слоев грунта, основные классификационные показатели, позволяющие судить о физико-механических характеристиках грунтов, на основе которых дается оценка деформатнвных и прочностных свойств оснований. 3.Особое внимание следует обращать на гидрогеологические условия района строительства, на установившийся уровень подземных вод, на причини, которые могут вызвать его колебание, а также наименьшую и наивысшую отметку возможных колебаний. 4.Важно знать о возможности образования в основаниях агрессивных сред, формирующихся в результате проникновения в грунты химических веществ, Если на строительной площадке имеются уже построенные здания, необходимо знать о времени возведения и конструктивных особенностях их фундаментов, чтобы судить о взаимном влиянии проектируемых и существующих сооружений.5Особое внимание следует обращать иа возможность протекания различных физико-геологических процессов в районе предполагаемого строительства, которые могут оказать существенное влияние на эксплуатацию фундаментов, а также самих зданий и сооружений. 6.Необходимо учитывать вероятность образования оползней; явления просадочносги, свойственные лессовым грунтам при замачивании и вечномерзлым — при оттаивании; явления усадки и набухания грунтов в результате изменения климатических и гвдроюологичсс- ких режимов; сейсмические явления, способные поилечь за собой разжижение водонасыщеилих песчаных грунтов; морозное пучение, которое может вызвать значительные деформации фундаментов зданий и сооружений.Материалы инженерно-геологических изысканий включают топографический план участка строительства с указанием рельефа и горизонталей уже существующих и проектируемых зданий. Объем и содержание инженерно-геологических изысканий зависят от степени изученности района строительства, сложности геологического сгроеиня исследуемого района, стадии проектирования, особенностей возводимого здания или сооружения и регламентируются действующими ГОСТами.
|
|
Инженерно-геологические условия площадки строительстваи Напластование фунтов на каждой площадке сугубо индивидуально. При выборе типа и глубины заложения опорных частей фундаментов проектируемого сооружения следует вначале оценить прочность и сжимаемость слоев грунта по данным инженерно- геологических изысканий. После этого целесообразно разделить грунты на две условные категории: слабые и надежные. Слабыми можно назвать гру нты, которые в естественном состоянии не могут являться основанием данного сооружения. Эю означает, что даже при больших затратах на создание громоздких фундаментов с целью г>ередачи на эти гру ты давлений, не ведущих к разрушению основания, ожидаемые осадки и их неравномерность превышают предельно допу стимые для проектируемого сооружения. Надежными называются грунты, которые обеспечивают развитие деформаций в допус тимых пределах.При указанном делении фунтов все многообразие их напластований можно предегавить в виде трех расчетных схем (рис. 2.1). Рассмотрим варианты устройства фундаментов при залегании грунтов площадки строительства в соответствии с этими тремя схемами. Схема I. Инженерно-геологические условия площадки строительства благоприятны. Как правило, основным вариантом в лом случае являются фундаменты на естественном основании с минимальной глубиной заложения, корректировка которой производится при учете климатических факторов и особенностей сооружения. Схема II. Эта схема допускает большое разнообразие вариантов фундаментов. При относительно малой толщине слабого слоя наиболее очевидными являются его прорезка и устройство фундаментов на естественном основании, в качестве которого используется надежный грунт.Вторым возможным вариантом будет свайный фундамент с заделкой концов свай в надежный При необходимости строительства на данной пдошадке тяжелого сооружения в случае очень большой толщины слабого слоя последний приходится рассматривать в качестве основания. Задача при этом будет состоять в снижении ожидаемых осадок до величин, допустимых для данного сооружения, либо с понижением чувствительности сооружения за счет его разрезки на отсски, либо наоборот, с увеличением жесткости его конструкций. Схема III. Дополнительным явится вариант, когда фундамент (как правило, на естественном основании) опирается на верхний надежный слой При невозможности реализации этого варианта гм причине слишком больших давлений на слабый прослоек либо значительных осадок слабый слой может быть закреплен э
|
|
. Климатические факторы 1.глубина промерзания2. глубина заложения в зависимости от глубины промерзания.3. К влияющим на глубину заложения фундаментов климатическим факторам помимо промерзания следует отнести сезонные явления набухания и усадки, характерные для глин, залегающих в некоторых южных районах. В этих районах подошва фундаментов (ростверков) должна располагаться на глубине, ниже которой объемные изменения в грунте не имеют места (см. гл. 10). Нагр и возд-я на основ-е. (см. п. 1.1, 1.3 – 1.12 СНиП “Нагрузки и возд-я”, п. 2.5 “Основ-я”) При проектир-и основ-й и фунд нагр и возд-я, их классиф-я, вид, интенсивность, усл-я возд-я и возможн сочетания назнач-ся в соотв-ии с треб-ми СНиП. Расчетн знач-я опр-т умножением нормативн нагр на коэф надежн-ти по нагр γf.
Нагр и возд-я в завис-ти от продолжит-ти действия: 1. длительные – вес всех частей и эл-в, вес и давл-е гр; 2. длительн времен – вес стационарн оборуд-я, нагр на перекр-я от складир материалов, от кранов, от людей и снега, обусловленн деф-циями основ-я, не сопровожд-ся коренным измен-м гр; 3. кратковременн – вес людей, снега, ветра; 4. особые – возд-я, обусловлен деф-циями основ-я с коренным изменением структуры гр, сейсмич и взрывн возд-я.Расчет основ-й зд и сооруж-й по пред сост-м I и II гр д. вып-ся с учетом наиб неблагопр сочетаний нагр, различают след сочетания: 1. осн. сочет-я нагр, состоящ из пост, длит, кратковр нагр; 2. особое сочет нагр - пост, длительн, кратковр и 1 из особых.
Если учит-ся сочетания, включ. постоянн и не <2х кратковременн нагр, то расч знач-я времен нагр необх умножить на коэф сочетаний: а) в осн сочет-х для длит. нагр y1 = 0,95; для кратковременн y2 = 0,9; б) в особых сочет-х для длит нагр y1 = 0,95; для кратковременн y2 = 0,8.
Расчет по деф-циям произв-т на осн. сочет-е нагр, по несущ способн-ти – на основное, о при наличии особ нагр – на осн и особое сочет-е. Нагр на перекр-е и снегов нагр при расч по деф-циям счит-ся длительн, а по несущ способн-ти – кратковременн. Нагр от подвижн оборуд-я всегда счит-ся кратковременн.
Т.к. осадки протекают во времени и склад-ся из остаточн и восстан-ся, то к гр неприменим принцип независимости действия сил, т.е. нельзя суммировать напряжение и осадки без учета измен-я св-в гр. Т.о. сочетания нагр необх назначать с учетом последоват-ти времени приложения и действия кажд нагр.
Нагр на стены и столбы, перекр-я и покрытия принимают приложенными по оси подошвы фунд. Нагр на основ-е от наземн части зд-я опред-я: 1. в бесподвальн зд-х и у наружн стен зд-я с подвалом – на ур. спланированной отм. земли; 2. при передече давления от кол ч/з ж/б башмаки/мет траверсы – на ур. верхнего обреза фунд; 3. для внутр стен и кол в заглубленн помещ-х, в сооруж-х где фунд явл-ся частью констр-ции / стойки, рамы и каркасы, подпорные стенки, для фунд, на кот. одновременно действ-т вертик, горизонт и изг мом – на ур подошвы фунд.
вопрос. Проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям
В основу положено предположение, чтобы усилия, напряжения деформации и перемещения, возникающие в основаниях и элементах конструкций фундаментов зданий и сооружений, были близки к установленным предельным значениям, но не превышали их. Предельные состояния подразделяют на две группы.
Первая группа — по несущей способности. При расчете предельных состояний по этой группе должны быть исключены все возможные формы разрушений, которые могут произойти в результате потери прочности или устойчивости под действием силовых факторов.
Вторая группа — по деформациям. При расчетах по данной группе предельных состояний должны быть исключены факторы, затрудняющие нормальную эксплуатацию зданий и сооружений, вызываемых чрезмерными осадками, прогибами, выгибами, кренами, углами поворота, развитием трещин.
4 вопрос. Первая группа — по несущей способности. При расчете предельных состояний по этой группе должны быть исключены все возможные формы разрушений, которые могут произойти в результате потери прочности или устойчивости под действием силовых факторов.
Расчет оснований по несущ. способн-ти. (п.2.6 “Основ-я”) Несущ способн-ть гр основ-й оцен-ся совместно с фунд и наземными констр-ми. Расчет сводится к опред-ю предельной нагр, при кот.: 1. у сооруж-й, передающих основ-ю доминирующую сдвигающую нагр, происх сдвиг, связан с резко развивающимися прогрессирующими перемещ-ми с захватом части массива гр основ-я / непосредственно по подошве; 2. у сооруж-й, опирающ-ся на фунд мелкого залож-я и передающих основ-ю доминирующ вертикальн нагр, происх выпирание гр основ-я из-под фунд и связан с этим резкое прогрессирующ нарастание вертикальн перемещ-й; 3. у сооруж-й на фунд глубокого залож-я нарастание осадок происх одновременно с увеличением нагр.
Потеря устойчивости гр основания влечет за собой большие деф-ции и потерю устойч-ти всего / части зд-я. Устойчивость основ-й и фунд зависит от действ-х нагр, формы, разм, глуб залож-я, наклона и очертания подошвы фунд.
Проверка произв-ся на след. возможные потери устойчивости: 1. на глубинный сдвиг гр основ-я вместе с сооруж-м / фунд; 2. на плоский сдвиг сооруж-я по контакту подошва сооруж-я – поверх-ть гр; 3. на опрокидывание и возможное выдергивание фунд отн 1й из граней сооруж-я с высокорасположенным центром тяж-ти.
При потере несущ способности основ-я образ-ся поверх-ть скольжения, охватывающ всю подошву фунд / сооруж-я. В кажд. точке поверх-ти скольжения по теории Мора-Кулона м/у норм и касат напряж-ми в стабилизированном состоянии вып-ся усл-е, исх из кот. опр-ся сила предельн сопр-ия основ-я Fu, сложен скальн. гр:, где и - расч знач-е угла внутр трения и сцепления гр.
Расчет произв-ся из усл-я: , где F – расч. нагр. на основание, и - коэфф-т усл-й раб и надежности по назнач-ю.
5.вопрос. Виды деформаций и смещений сооружений деформации и перемещения сооружений следующих простейших видов: прогиб, выгиб, перекос, крен, скручивание, горизонтальные перемещения фундаментов.Прогиб и выгиб (рис. 9.1,а, б) связаны с искривлением сооружения. Такие деформации могут возникать в зданиях и сооружениях, не обладающих очень большой жесткостью Растягивающие усилия, появляющиеся в конструкциях, зависят от неравномерной податливости основания и от жесткости сооружения. Чем большей жесткостью обладает сооружение, тем большие усилия при тех же грунтовых условиях по-являются в конструкциях и тем меньше величина прогиба ила выгиба.Перекос (рис. 9.1,s, г) возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции.Крен сооружения (рис. 9.1, д) — поворот по отношению к горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента — возможен, если основание сооружения загружено несимметрично или имеет несимметричное напластование грунтов относительно вертикальной оси сооружения. Скручивание возникает при неодинаковом крене сооружения по его длине, особенно при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороныГоризонтальные пере м е щ е н и я фундаментов воз«можны, если опирающиеся на них конструкции передают зна«чительные горизонтальные усилия (например, распорные когь струкции, подпорные стенки)
. Причины развитиянеравномерных осадок сооружений
Эти неравномерности зависят, как считает Р. С. Шеляпин, от двух основных причин: неоднородного напряженного состояния грунтов в основании рассматриваемого сооружения и неравномерной сжимаемости грунтов в основании под площадью загружения. При этом неравномерность податливости основания — неоднородность основания — оценивается степенью изменчивости сжимаемости слагающих его грунтов.
1. Неравномерные осадки уплотнении Деформации развиваются дреимущественно вследствие уменьшения объема пор грунта (уплотнения) и искажения формы отдельных частиц или агрегатов грунта (упругие деформации). Упругие деформации искажения формы обычно во много раз меньше остаточных деформаций уплотнения. В связи с этим осадки, развивающиеся под воздействием местной нагрузки, называют осадками уплотнения, хотя в них входят и упругие деформации. Осадки уплотнения под отдельными частями сооружения обычно неодинаковы из-за неоднородности основания и неоднородности напряженного состояния грунтов в основании.
2. Неравномерные осадки разуплотнения 5ра3упл Осадки разуплотнения развиваются под действием нагрузки, которая не превышает веса грунта, вынутого при отрывке котлована.
3. Неравномерные осадки выпирания. Осадки выпирания связаны с развитием пластических деформаций (местных сдвигов) грунта основания. По подошве жестких фундаментов реактивное давление распределяется неравномерно. Даже при небольшой нагрузке под краями жестких фундаментов возникает давление, приводящее к развитию зон сдвигов. Вследствие перемещения границ зон сдвигов (см. рис. 8.1) происходит уплотнение грунтов по сторонам от этих зон. По мере загрузки фундамента указанные зоны увеличиваются, грунт, окружающий их, уплотняется и оказывает все большее сопротивление, которое может достигать значения пассивного отпора.
4. Неравномерные осадки расструктуривания растр При отрывке котлована грунты основания обнажаются и подвергаются воздействию различных факторов, в результате чего может произойти нарушение их природной структуры — расструктуривание. В связи с этим изменяются их физикомеханические свойства. Чаще всего происходит увеличение сжимаемости грунтов и уменьшение t сопротивляемости их сдвигу. Нарушение структуры грунтов основания возможно по следующим четырем причинам: от метеорологических воздействий; от воздействий грунтовых вод и газа; от динамических воздействий механизмов; в результате грубых ошибок строителей.
5. Неравномерные осадки в период эксплуатации сооружений зэкспл Причины развития осадок во время эксплуатации сооружений можно объединить в пять групп. Уплотнение грунтов после начала эксплуатации сооружения. Изменение положения уровня грунт.вод.Ослабление грунтов основания подземными и котлованными выработками.Динамические воздействия на грунты основания.Активность геодинамических процессов.
6 вопрос ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ.
Стоимостные показатели подсчитываются на основании соответствующей сметной документации путем деления сметной стоимости на количество расчетных единиц, определяемых по проектным данным. Так, количество жилой и общей площади определяется на основании планов этажей, количество школьных мест - на основании пояснительных записок к проектам этих учреждений и т.п.
Следует учесть, что при размещении, например, в жилом доме нежилых помещений в графе «Технико-экономические показатели» для жилой и нежилой части приводятся раздельно:
а) по жилой части дома - показатель стоимости строительства на 1 м приведенной общей площади, а также показатель стоимости на одну квартиру в среднем;
б) по нежилой части дома - показатель стоимости строительства на расчетную единицу измерения размещенных в нем предприятий и учреждений (одно рабочее место в магазинах, одно посадочное место в столовых и т. д.).