2015-06-24
1498
В качестве оснований тяжелых и чувствительных к неравномерным осадкам сооружений стремятся выбирать скальные и полускальные породы или малосжимаемые грунты.
Чтобы дойти до таких грунтов, в ряде случаев приходится прорезать весьма значительную, иногда в несколько десятков метров, толщу слабых, зачастую водоносных грунтов.
Необходимость устройства глубоких оснований может быть вызвана и назначением самого сооружения, которое независимо от геологических особенностей строительной площадки должно быть опущено на большую глубину.
Прорезание на большую глубину водоносных грунтов путем устройства обычных открытых котлованов встретило бы очень большие трудности, а чаще всего было бы вообще неосуществимо.
Применяемые в настоящее время методы устройства глубоких опор можно свести к трем видам.
1. Опоры, возводимые в оболочках. При устройстве таких опор вначале в грунт тем или иным способом погружают заранее изготовленную оболочку. По мере погружения оболочки или после достижения ею проектной глубины из нее удаляют грунт, а полость ее полностью или частично заполняют бетоном, который в случае надобности армируют. В некоторых случаях оболочку в процессе бетонирования полости постепенно извлекают из грунта и используют вновь для устройства других таких же опор.
|
|
|
Так как способы погружения оболочек, извлечения из них грунта и заполнения бетоном могут быть различными, то эта разновидность глубоких опор является самой распространенной.
2. Опоры, возводимые без оболочек. Метод возведения этих опор в основном сходен с методом устройства набивных свай, скважины для которых изготавливаются бурением. Для глубоких опор в грунте также предварительно пробуривают скважины большого диаметра, но без обсадки их трубами. Стенки скважины укрепляют глинистым раствором.
3. Комбинированные опоры возводят в верхней части в оболочке, а в нижней – без оболочки.
Несущая способность глубоких опор может быть очень велика. Большое давление, которое можно допустить на прочный, залегающий на значительной глубине грунт основания, обуславливает высокое сопротивление глубокой опоры по ее подошве. Силы же трения, действующие между грунтом и боковой поверхностью опоры, создают большое сопротивление погружению опоры в грунт.
К массивным фундаментам глубокого заложения относятся опускные колодцы и кессоны. При возведении таких фундаментов в отличие от фундаментов мелкого заложения не требуется предварительно устраивать котлованы и крепить их стены. В процессе производства работ давление грунта воспринимается боковыми поверхностями стен самих опускных колодцев и кессонов.
|
|
|
К массивным фундаментам глубокого заложения можно также отнести фундаменты, сооружаемые методом стена в грунте. По характеру работы в грунте на эксплуатационные нагрузки и по объемам расходуемого бетона или ж/б, такие фундаменты близки к опускным колодцам и кессонам, хотя метод их возведения существенно отличатся от опускного колодца.
Сущность метода опускных колодцев состоит в том, что на поверхности земли, непосредственно на месте будущей опоры, сооружают толстостенную оболочку со скошенным нижним концом. Когда оболочка готова, на всю проектную высоту (при больших колодцах только на часть высоты) внутри нее начинают разработку грунта. При удалении грунта оболочка под действием собственного веса постепенно погружается в грунт. Наращивание оболочки по высоте производят по мере ее опускания или в перерывах между отдельными этапами опускания. После погружения оболочки на проектную глубину и удаления из нее грунта, образовавшуюся полость заполняют бетоном.
Раньше оболочки опускных колодцев изготавливали из кирпича, естественных камней, бетона. Оболочки современных опускных колодцев изготавливают преимущественно из ж/б.
Что касается формы колодца в плане, то раньше ее назначали в соответствии с конфигурацией в плане надфундаментного строения. Опыт показал, однако, что круглые в плане колодцы имеют рад преимуществ перед колодцами какой-либо другой формы. Такая оболочка в каждом свое горизонтальном сечении работает на сжатие, а потому армирование ее может быть минимальным. Процесс изготовления оболочки кольцевого сечения наиболее прост, а при погружении ее в грунт легко избежать перекосов.
Поэтому если для устройства глубоких фундаментов будет принят метод опускных колодцев, то рационально применять колодцы круглого сечения в плане.
Опускным колодцам придают цилиндрическую, коническую или цилиндрическую уступчатую форму.
Цилиндрические колодцы просты в изготовлении и погружение их в грунт не вызывает сильного разрыхления последнего вокруг них. Однако при опускании цилиндрического колодца на большую глубину между его наружной поверхностью и грунтом могут возникнуть настолько значительные силы трения, что с некоторой глубины опускание колодца без принятия специальных мер будет крайне затруднительно или даже невозможно.
Колодцы конической и уступчатой форм экономичнее по расходу материалов и легче опускаются в грунт, но изготовление их по сравнению с цилиндрическими более сложно. Кроме того, опускание колодцев сопровождается настолько значительным разрыхлением грунта вокруг них, что возникает угроза нарушения устойчивости находящихся вблизи сооружений.
В тех случаях, когда погружение оболочки с водоотливом вследствие опасности наплыва грунта в оболочку невозможно или когда грунт содержит крупные включения, прибегают к кессонному методу устройства глубоких опор. В этом случае оболочка в нижней своей части имеет перекрытие. Эта нижняя часть называется кессонной камерой. В кессонную камеру нагнетают по трубам сжатый воздух, который вытесняет из нее воду в грунт, благодаря чему рабочие, находящиеся внутри камеры, могут вести разработку грунта насухо.
Для сообщения с кессонной камерой на перекрытии устанавливают шлюзовой аппарат с шахтными трубами, в который также нагнетают сжатый воздух. Перекрытие камеры называется потолком, а стенки – консолями камеры. Оболочка над потолком камеры носит название надпотолочного строения. Все устройство – кессонная камера, надпотолочное строение, шлюзовой аппарат и шахтные трубы – носит название кессон.
Надпотолочное строение может быть и не в виде оболочки, а сплошным монолитным из бетонной или каменной кладки надпотолочное строение возводят сразу на всю проектную высоту до погружения камеры в грунт или же частями по мере погружения. Необходимо только, чтобы верх надпотолочного строения в период погружения кессона находился выше уровня грунтовых вод или уровня воды в водоеме.
|
|
|
После опускания кессона до проектной отметки кессонную камеру в случае надобности заполняют бетоном или бутобетоном.
1. Ленточные фундаменты. Конструктивные решения, применяемые материалы
Ленточные фундаменты конструируют, как правило, под сплошные несущие стены. Так как при одинаковых нагрузках по длине ленточного фундамента условия его работы во всех сечениях одинаковы, то и размеры таких фундаментов в поперечном сечении одинаковы. Если нагрузки в продольном направлении ленточного фундаменты различны, то его поперечное сечение также различно по длине. Материалом для выполнения ленточных фундаментов может быть бутовая кладка, бутобетон, бетон и ж/б. По форме в поперечном разрезе эти фундаменты бывают уступчатые или трапециевидные. Последние применяют реже ввиду большей сложности работ по их возведению.
Часто возникает необходимость устраивать ленточные ж/б фундаменты и для рядов колонн. Так, в процессе проектирования каркасных или рамных сооружений при значительных нагрузках и относительно слабых грунтах получается, что размеры одиночных фундаментов под колонны должны быть очень большие, а фундаменты располагаются на небольшом расстоянии один от другого. В этих случаях одиночные фундаменты под отдельные колонны заменяют одним ленточным ж/б фундаментом, воспринимающим нагрузку от целого ряда колонн.
Нередко при проектировании фундаментов под сетку колонн оказывается, что несущая способность грунтов основания недостаточна и ленточные фундаменты не обеспечивают жесткости всего здания или сооружения.
Рациональной конструкцией фундаментов в этом случае будет конструкция в виде перекрестных ленточных фундаментов. Такие фундаменты выполняют из ж/б, а колонны устанавливают в месте пересечения двух фундаментных лент. Число взаимноперпендикулярных лент определяется числом рядов колонн и стен.
|
|
|
Ленточные фундаменты под стены выполняются в монолитном или сборном варианте.
При наличии подвала фундаментная стена является одновременно стеной подвала, которая работает совместно с элементами сооружения.
По конструктивному решению стены подвалов зданий и сооружений подразделяются на массивные и гибкие. Массивные стены применяются в подвалах зданий и сооружений и выполняются из кирпича, крупных бетонных блоков, панелей и т.д. Гибкие стены выполняются, как правило, в виде железобетонных навесных панелей, работающих на изгиб в вертикальной плоскости. Стены подвалов опираются на перекрытия, располагаемые выше или ниже поверхности грунта.
Расчет ленточных фундаментов. Ленточные фундаменты наружных стен зданий с подвалами рассчитываются на нагрузки, передаваемые стеной подвала, и на действующее на них давление грунта.
Расчет ленточных фундаментов производится по сечению I-I, проходящему по краю фундаментной стены (рис.16), а при ступенчатой форме фундаментов – и по грани ступени. Расчетные усилия в сечении на 1 м длины фундамента при центральной нагрузке определяются по формулам:
М = 100 ра 2/2; (56)
Q = 100 ра, (57)
где р – среднее давление по подошве фундамента, передаваемое на грунт от расчетных нагрузок; а – вылет консоли фундамента.
Расчетные усилия в сечении на 1 м длины фундамента при внецентренной нагрузке (см.рис.16) вычисляются по формулам:
М = а 2(2 рmax + р 1)/6; (58)
Q = а (2 рmax + р 1)/6; (58)
где рmax и р 1 – соответственно давления от расчетных нагрузок, передаваемых на грунт под краем фундамента и в расчетном сечении.
Расчет по прочности нормальных сечений производится на момент от расчетных нагрузок. Подбор площади сечения продольной арматуры производится по формуле
Аs = 
, (60)
где Rs – расчетное сопротивление арматуры растяжению; ν - коэффициент, определяемый по табл.3 в зависимости от параметра А`0; h 0 – рабочая высота сечения, принимаемая равной расстоянию от верха фундамента до центра арматуры.
Параметр А`0 определяется по формуле А`0 = 
, где Rb – расчетное сопротивление бетона для предельного состояния первой группы; b – ширина сечения фундамента.
При расчете наклонных сечений на действие поперечной силы должно соблюдаться условие
Q ≤ 0,35 Rbbh 0. (62)
Расчет на действие поперечной силы не производится при
Q ≤ k1Rbtbh 0, (63)
где k1 – коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 0,75; Rbt – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния первой группы.
Расчет элементов без поперечной арматуры производится из условия
Q ≤ Qb, (64)
где Q – поперечная сила, действующая в наклонном сечении, т.е. равнодействующая всех поперечных сил от внешней нагрузки, расположенных по одну сторону от рассматриваемого наклонного сечения; Qb – поперечное усилие, воспринимаемое бетоном сжатой зоны в наклонном сечении:
Qb = k2Rbtbh 02/ c, (65)
где k2 – коэффициент, принимаемый для тяжелого бетона равным 1,5; с – длина проекции наклонного сечения на продольную ось.
Железобетонные фундаменты рассчитываются по раскрытию трещин, при этом ширина раскрытия трещин, нормальных к продольной оси элемента, определяется по формуле
ас = 1,2 
, (66)
где η – коэффициент, принимаемый равным при стержневой арматуре периодического профиля 1,8, гладкой 1,3, при проволочной арматуре периодического профиля 1,2, гладкой 1,4; σs - напряжение в стержнях растянутой арматуры; μ - коэффициент армирования сечения, принимаемый равным отношению площади сечения арматуры к площади сечения b x h 0, но не более 0,02; d – средний диаметр растянутой арматуры:
d = (n1d12 + … + nkdk2)/(n1d1 + … + nkdk), (67)
где d1, …, dk – диаметры стержней растянутой арматуры; n1, …, nk – число стержней соответствующей арматуры.
Напряжение в арматуре определяется по формуле
σs = RsМ/М1, (68)
где М1 – момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке γ f =1:
М1 = МАs`/Аs``; (69)
М – момент от действия расчетной нагрузки при коэффициенте надежности по нагрузке γ f > 1; Аs ` - фактическая площадь принятой арматуры; As `` - площадь арматуры, требуемая по расчету прочности.
