Железобетон

Является универсальным материалом для устройства фундаментов. Особенно не заменим ж/б при устройстве гибких фундаментов, так как он сопротивляется изгибу. Он является весьма морозостойким материалом. Для возведения монолитных, ж/б ф-тов не допускается применение тяжелого бетона класса ниже В5, а для сборных ф-тов В7.5. Для армирования ж/б ф-тов применяют стальную арматуру класса А-III и арматурную проволоку Вр-I и Вр – II. В качестве монтажной и поперечной арматуры используют арматурную сталь класса А – I и А – II.

Бетон.

Применяют для массивных жестких фундаментов, материал которых работает только на сжатие.

Кроме бетона и железобетона при возведении фундаментов используются следующие материалы:

1. бутовая кладка на цементном или известковом растворе. Этот материал в настоящее время применяется очень редко – только в индивидуальном строительстве. Используется для фундаментов, работающих на сжатие.

2. Цементогрунт. Применяется в качестве материала для устройства мало нагруженных фундаментов, работающих только на сжатие, и при отсутствии агрессивных грунтовых вод.

3. Кирпичная кладка. В основном используется для возведения стен подвалов. Недостатки: водопроницаемость, невысокая прочность.

4. Дерево. Используется в качестве фундаментов временных сооружений (не относится к деревянным сваям).

5. Металл. Ввиду дефицитности и высокой стоимости используется ограниченно. Только в качестве материала для фундаментов сборных сооружений, когда фундаменты должны иметь маленький вес.

Конструктивные особенности ФМЗ.

ФМЗ делятся на три типа:

1. Отдельные (отдельно стоящие) фундаменты

2. Ленточные фундаменты

3. Сплошные фундаменты

Отдельные фундаменты устраиваются под колонны и стены. Наибольшее распространение получили монолитные, железобетонные отдельные фундаменты под колонны. Реже встречаются сборные отдельные фундаменты под колонны. Данные фундаменты целесообразно применять, когда объем фундамента не превышает 2 м³.

Монолитные фундаменты состоят из двух частей:

1. Плитная часть или плита

2. Подколонник

Плита имеет одну или несколько ступеней.

Подколонник может быть стаканного типа или безстаканным. Зависит от типа колонны, опирающейся на фундамент. Подколонник стаканного типа применяется, если на фундамент опирается сборная железобетонная колонна. Подколонник безстаканного типа применяется, если на фундамент опирается монолитная железобетонная, либо металлическая колонна.

Сопряжение фундамента с колонной в этом случае осуществляется либо выпусками из фундамента (для железобетонной колонны), либо для металлической, путем крепления башмака колонны к анкерным болтам, забетонированным в фундамент.

Все размеры фундаментов в плане (подколонник, ступени, плита) принимаются кратными 30 см, общая высота фундамента должна быть кратна 30 см. Высота ступеней может быть 30, 45 и 60 см., но общая высота плитной части фундамента так же должна быть кратна 30 см.

Форма подошвы в плане может быть:

1. Квадратной

2. Прямоугольной

3. Круглой

В случае прямоугольной подошвы b/l=0.5÷0.85. под подошвой монолитного фундамента устраивается бетонная подготовка толщиной 10 см из бетона класса B25, что препятствует утечке цементного молока из тела фундамента в грунт, а так же проникновению грунта в нижнюю часть фундамента.

Сборные железобетонные фундаменты под колонну.

Могут быть из одного или нескольких элементов. Менее целесообразны последние фундаменты, так как увеличивается трудоемкость и расход материала. Элементы сборных фундаментов устраиваются на песчаную выравнивающую подготовку толщиной 10 см.

Если элементы сборных фундаментов делать сплошными, они будут неэкономичными по сравнению с монолитными. Поэтому все более широкое применение находят сборные фундаменты из пустотелых элементов, что позволяет снизить расход бетона до 45%. В этом случае сборные фундаменты будут экономичнее монолитных.

ЦНИИ «Промзданий» разработана конструкция сборно-монолитного фундамента под колонну.

Фундамент состоит из монолитной плитной части подошвы и сборно-монолитного подколонника, который состоит из двух сборных железобетонных плит толщиной 250 мм, они служат опалубкой и включают в себя всю рабочую арматуру подколонника. С двух других сторон подколонника устраивают щитовую опалубку и бетонируют внутреннюю полость подколонника.

Отдельные столбчатые фундаменты под стены.

Состоят из ряда отдельных фундаментов (шаг 3-6 метров), на обрезы которых укладывают фундаментные балки. Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными.

Столбчатые фундаменты рекомендуется применять при возведении малоэтажных зданий с небольшими нагрузками на фундамент, возводимых на плотных малосжимаемых грунтах в основном в безподвальных зданиях.

Ленточные фундаменты мелкого заложения.

Устраиваются под стены и под ряды колонн.

Ленточные фундаменты под стены.

Устраиваются в виде непрерывной ленты, которая тянется под всей несущей или самонесущей стеной и повторяет ее конфигурацию в плане. Ленточные фундаменты могут быть монолитными и сборными.

Конструкция фундамента включает в себя, как правило, нижнюю ленту прямоугольную, тапецевидную или ступенчатую. (рис). И фундаментную стену. В зданиях с подвалом, фундаментная стена является стеной подвала. При небольших нагрузках на основание нижняя лента может отсутствовать, и фундамент будет состоять только из фундаментной стены.

Монолитный ф-т (ленточный).

Чаще всего из ж/б, армируется только нижняя плита, который работает на изгиб в поперечном направлении. Ф-ая стена, как правило, не армируется. В настоящее время ленточный ф-т часто делают сборным. Элементы ленточного ф-та сборного ф-та является:

1.ж/б плиты, из которых собираются ленты

2.бетонные стеновые блоки из которых собирается ф-ая плита

Ж/б плиты могут укладываться вплотную друг к другу, а также на некотором расстоянии друг от друга, получается прерывистый ф-т. Пустоты заполняются грунтом. В плане ф-ые плиты могут быть прямоугольными или иметь угловые вырезы.

Стеновые блоки бывают сплошные и многопустотные. Они имеют ширину 30, 40, 50 и 60 см. И высоту 28 и 58 см. Толщину ф-ых стен рекомендуется принимать равное или меньше толщины наружных стен. Величина свеса стены при этом не должна превышать 15 см. Стеновые блоки допускается укладывать с разрывом, оставляя проемы для выводов коммуникаций, однако длинна проема не должна превышать 60 см. Для придания ф-ту большей жесткости его швы могут армироваться.

Ленточные ф-ты под колонны

Применяются для снижения неравномерности деформаций

Ф-т представляет собой монолитную или сборную ленту устраиваемую под ряд колонн. Подколонники могут быть сборные или монолитные. Ленточный ф-т под колонны может быть как из параллельных так и из перекрещивающихся лент.

Сплошные ф-ты(плитные, коробчатые, ребристые, гладкие)

Сплошной ф-т имеет вид сплошной ж/б плиты устраиваемой под всем зданием.

На эту плиту опираются несущие к-ии (колонны, стены), устраивается такой ф-т для уменьшения неравномерных осадок. Плиты изготавливаются из бетона не ниже класса В10 и армируются стальными сетками или каркасами из стали А-III.

Массивные ф-ты

Изготавливают в виде жесткого массива под всем сооружением, имеющим сравнительно небольшие размеры (дымовая труба, доменная печь, опоры мостов).

Материалом служит бетон и ж/б. Форма их в плане определяется формой возводимого сооружения. Материал в теле такого ф-та работает только на сжатие.

Расчет и проектирование свайных ф-тов

Свайные ф-ты состоят из свай и ростверка. Несущие к-ии в свайных ф-ах являются сваи. Длинна сваи – до начала заострения. Свая – длинный стержень погружаемый в грунт в готовом виде или изготавливаемый в грунте и предназначенный для передачи давления от здания или сооружения на грунт основания. Ростверк – к-ия объединяющая головы свай и обеспечивающая их совместную работу по передаче нагрузки на основание.

Виды свай.

По характеру передачи давления на грунт основания:

1.висячие сваи или сваи трения

Со всех сторон окружены сжимаемыми грунтами, под нагрузкой такие сваи получаю осадку и по их боковым поверхностям развивается сила трения Fs. Под нижним концом сваи возникает сопротивление грунта Fp. Несущая способность таких грунтов будет равна: Fd=Fp+Fs

2.сваи-стойки

Сваи стойки прорезают всю толщу слабого грунта и опираются нижним концом на практически не сжимаемый грунт (скала, крупнообломочные грунты, глинистые грунты твердой консистенции. Под нагрузкой такие сваи не получают вертикального перемещения, поэтому силы трения грунта по их боковой пов-ти не развиваются. Считается что свая стойка предает всё давление только через свой нижний конец на несжимаемый грунт, несущая способность такой сваи: Fd=Fs.

По условиям изготовления:

1. Сваи изготавливаемые заранее и затем погружаемые в грунт, т.е. забивные сваи.

2. Сваи изготавливаемые в грунте – набивные.

Сваи погружаемые в грунт в готовом виде.

В зав-ти от материала из которого изготовлены эти сваи они делятся на:

1.Ж/б

2.Деревянные

3.Металлические

Деревянные сваи

В настоящее время ввиду необходимости экономия древесины и относительной их недолговечности применяются довольно редко.

Деревянные сваи допускаются к применению при заложении их голов ниже уровня грунтовых вод (что препятствует их загниванию) и при отсутствии в грунте твердых включений (валунов).

Деревянные сваи разделяются на:

1.целые (изготавливаемые из одного бревна)

2.срощенные по длине

3.пакетные (сложенные из нескольких бревен)

Материалом для деревянных свай служат дерево хвойных пород диаметром от 22 до 24 см. Цельные деревянные сваи имеют длину от 4.5 до 12 метров, редко до 18.

При забивки в грунты на заостренный конец одевается металлический башмак. На верхний конец сваи надевается стальной бугель, защищающий сваю при забивке. При необходимости получения свай большой длинны их сращивают (стыкуют) по длине при помощи металлических накладок. Длинна срощенных свай может достигать 25 метров. Для увеличения несущей способности применяют пакетные сваи, сложенные из нескольких бревен.

Бревна объединяют с помощью стяжных хомутов и болтов. Пакетные сваи могут иметь поперечное сечение 60 см и более.

Металлические сваи.

Выполняются из стандартных стальных труб соединяемых между собой муфтами. Диаметр свай от 30 до 60 см. Трубчатые сваи диаметром меньше 40 см, погружают в грунт со стальными наконечниками с последующим заполнением полости трубы бетоном. Иногда полость остается незаполненной.

Шпунтовые сваи изготавливаются из стального шпунта.

Шпунтовые сваи исп-ся для обеспечения устойчивости котлованов и защиты их от воды. Для этого забивается ряд шпунтовых сваи образую сплошную шпунтовую стенку.

Профильные сваи изг-ся из профильного проката.

Железобетонные сваи.

Ж/б сваи классифицируются по нескольким признакам:

1.по способу армирования

А)сваи с ненапрягаемой продольной арматурой и поперечным армированием. Изготавливаются из бетона класса не ниже В-20.

Б)сваи с предварительно напряженной продольной арматурой и поперечным армированием. Не ниже класса В-30.

В)сваи с предварительно напряженной продольной арматурой без поперечного армирования. Не ниже класса В-30.

2.по форме поперечного сечения

А)квадратного сечения

Широкого применения и имеют размеры сечения 20Х20, 25Х25, 30Х30, 35Х35, 40Х40 см. Длинна от 3 до 20 метров.

Б)прямоугольного сечения

Применяются в ф-тах воспринимающих значительные горизонтальные нагрузки. Наиболее распространены размеры поперечного сечения 20Х30, 25Х35, 20Х40 и 20Х50 см. Изготавливаются по индивидуальному заказу.

В)квадратного сечения с круглой полостью

Явл-ся разновидностью свай квадратного сечения но значительно экономичнее. Расход бетона на сваю с круглой полостью на 20% меньше, а арматуры меньше на 40-60%. А стоимость их изготовления на 20% меньше. Размеры поперечного сечения 25Х25, 30Х30, 40Х40 см. Диаметр круглой полости соответственно – 11, 16 и 27.5 см.

Г)круглые полого сечения (трубчатые диаметром меньше 80 см)

Имеют форму полой ж/б трубы, диаметром до 80 см и толщиной стенок от 8 до 12 см. Изготавливаются индивидуальным методом центрифугирования. Трубчатые сваи диаметром до 60 см имеют закрытые концы, свыше 60 см – открытые.

Д)сваи-оболочки (от 80 см до 120)

Имеют такую же конструкцию как и трубчатые сваи, но отличаются большим диаметром (от 80 до 120 см). Трубчатые сваи и сваи оболочки исп-ся в основном при наличии на строительной площадке большой толщи слабых грунтов и при необходимости восприятия значительных горизонтальных нагрузок.

3.по форме продольного сечения

А)призматические

Б)цилиндрические

В)сваи с наклонными боковыми гранями

- пиромидальные

Наиболее часто встречаются сваи квадратного сечения имеющие размер в голове – 40Х40 см, а у острия 20Х20 см. Длинна – от 3 до 8 метров. Пиромидальные сваи обладают повышенной несущей способностью по сравнению с призматическими сваями. Недостаток: плохое сопротивление выдергивающим нагрузкам и воздействию сил морозного пучения. Применение этих свай оправдано только в том случае, если они полностью расположены ниже глубины сезонного промерзания грунта.

- ромбовидные сваи

Уширение – на границе промерзания грунта. Наклонные грани в верхней части сваи снижают касательные силы морозного пучения. Это повышает устойчивость таких свай в пучинистых грунтах.

Призматические и цилиндрические сваи получили наибольшее распространение. Эти сваи имеют постоянное поперечное сечение по всей длине.

4.по конструктивные особенностям

А)цельные

Состоят из одного элемента и могут иметь различную длину.

- цельные сваи квадратного сечения с ненапрягаемой арматурой, могут быть от 3 до 16 метров.

- цельные сваи квадратного сечения с напрягаемой арматурой и с поперечным армированием, длина от 3 до 20 метров.

- цельные сваи квадратного сечения с напрягаемой арматурой без поперечного армирования, длинна от 3 до 12 метров.

- цельные сваи квадратного сечения с круглой полостью, длинна от 3 до 8 метров.

- цельные сваи прямоугольного сечения, длинна от 4 до 12 метров.

- трубчатые сваи и сваи оболочки, длинна от 4 до 12 метров.

Б)составные

Применяются в случаях:

-в месте устройства ф-тов залегает большая толща слабых грунтов(больше 15 метров)

- когда необходимо усилить свайный ф-т, существующего здания и сооружения, а погружение длинных свай внутри здания не возможно.

Составные сваи формируются из нескольких элементов, длинной 6 – 12 метров.

Составные трубчаные сваи и сваи оболочки могут иметь длину до 48 метра. Способы соединения элементов сваи:

А)на болтах

Б)цанговый

5.по способу погружения в грунт (к деревянным, ж/б и металлическим сваям).

А)забивные

Б)погруженные в вибрирование

В)погружаемые вдавливанием

Г)погружаемые ввинчиванием

Забивку свай осуществляют сваебойными молотами. По роду привода сваебойные моты подразделяются:

- механические

Механический молот представляет собой стальную болванку поднимаемую при помощи лебедки и сбрасываемую на голову свае. Масса молота 3 тонны. Частота ударов – 4-12 в минуту. Используется для забивки свай в очень слабых грунтах.

- паровоздушные

В паровоздушных молотах используют для подъема ударной части энергию сжатого воздуха. Масса ударной части 6-8 тонн, частота ударов в минуту – 30.

- дизельные

Дизельные получили наибольшее применение. Выпускают в нашей стране 2х типов: штанговый и трубчатые. Оба работают по принципу двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Для подъема ударной части исп-ся энергия сжатых газов, образующаяся при сгорании дизельного топлива. Для штанговых дизель-молотов масса ударной части до 2.5 тонн, число ударов в минуту 50-55. Для трубчатых дизель-молотов масса ударной части до 5 тонн, число ударов в минуту до 44. Трубчатые дизель-молоты обладают рядом преимуществ по сравнению со штанговыми:

- энергия удара при одинаковой массе более высока (в 2 – 3 раза)

- конструкция более прочная и надежная

Для облегчения забивки свай могут быть исп-ны следующие методы:

1.Забивка свай в лигерные скважины.

Применяется при погружении свай в глинистые грунты твердой и полутвердой консистенции а также в мерзлые грунты. Диаметр лигерной скважины не должен превышать диаметра сваи, а глубина лигерной скважины на 1 метр меньше расчетной глубины погружения свай.

2.Забивка свай с подмывом.

Исп-ся для облегчения их погружения в песчаные грунты. Песчано-гравелистые и супеси.

А)центральный подмыв

Вода под острие сваи подается по трубе забетонированной по центру сваи

Б)боковой подмыв

Вода подается по одной или нескольким трубам, расположенным снаружи вдоль сваи. Вода размывает грунт под острием сваи и тем самым облегчает процесс погружения её. На последнем метре подмыв прекращается и свая забивается до проектной отметки.

Вибропогружатель сваи.

Вибропогружение осуществляется за счет вибрации передаваемой на сваю о закрепленного на её голове вибропогружателя. Этот способ исп-ся для погружения ж/б свай, металлических свай и свай оболочек независимо от вида грунта. Иногда для облегчения вибропогружения исп-ся помыв свай.

Погружение свай вдавливанием.

Исп-ся когда для погружения свай нельзя исп-ть динамические нагрузки (ударные или вибрационные). Например при устройстве с.ф. в близи или внутрисуществующих зданий. Вдавливание осущ-ся при помощи гидродомкрата или сваевдавливающего агрегата, устраиваемого на базе серийного трактора (АВС-35, АВС-48 (усилие вдавливания 35 тонн и 48))

Погружение свай ввинчиванием.

Погружаются с помощью кабестана. Скорость погружения свай – 20-30 м/час. Применяют когда на пов-ти слабые грунты, а также для устр-ва ф-тов работающих на выдергивание.

Набивные сваи (сваи изготавливаемые в грунте).

Предварительно устраивают в грунте скважину а затем наполняют её конструктивным материалом. Бетонные набивные сваи в первые были предложены в 1899 году русским инженером Страусом. В настоящее время исп-ют набивные сваи различных видов. Н.с. классифицируются:

1.по материалу:

А)бетонные

Б)ж/б

В)грунтобетонные

Г)грунтовые

Наибольшее распространение – бетонные и ж/б сваи.

Грунто-бетонные сваи изготавливают утрамбованной цементо-грунтовой смесью, такие сваи исп-ся только в лессовых и лессовидных грунтах.

Грунтовые сваи устр-ют из уплотненного местного грунта.

2.по способу армирования:

А)армированные в верхней части (только при вертикальной нагрузке)

Б)армированные по всех длине (если есть изгибающий момент и выдергивающая нагрузка)

3.по форме поперечного сечения: