Фундаменты мелкого заложения, возводимые в предварительно открытых котлованах. Их материал. Виды фундаментов: по конструкции, степени индустриальности, характеру работы материалу

Основные определения – фундамент, основание. Назначение фундамента. Виды фундаментов и оснований. Особенности дисциплины «Основания и фундаменты» и ее связь с другими дисциплинами.

Фундаментом называют подземную или подводную часть сооружения, которая передает нагрузку от сооружения грунту основания. Нижнюю плоскость, которой фундамент опирается на грунт называют подошвой.

Основание - часть массива грунта, на которую передается нагрузка от сооружения. Основание называется естественным, если фундамент возводится непосредственно на грунте природного сложения, и искусственным, когда несущая способность грунта увеличена различными способами.

Фундаменты являются опорной частью здания и предназначены для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций на основание (грунт). От надежной работы фундаментов в большой степени зависят эксплуатационные качества здания, его капитальность и долговечность

Основание бывает: однородное и неоднородное; слоистое с согласным (слои имеют ≈ равную мощность) и несогласным залеганием слоёв. Различают грунты скальные и нескальные: связанные (глины, суглинки, супеси) и несвязанные (пески).

Виды фундаментов:

В зависимости от формы и способа опирания на грунт фундаменты бываютстолбчатыми, ленточными, плитными и свайными. Наиболее распространенными и дешевыми являются столбчатые фундаменты.

Ленточные фундаменты обычно возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в случаях, когда под домом устраивают подвал или теплое подполье.

Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных, однако в отличие от них имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без внутренних деформаций воспринимать знакопеременные нагрузки, возникающие при неравномерных и сезонных перемещениях грунта. Их конструкция представляет собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную либо из монолитного железобетона, либо из сборных перекрестных железобетонных балок с жесткой заделкой стыковых соединений.

. В зависимости от применяемых материалов фундаменты бывают: песчаные, щебеночные, бутовые, кирпичные, бетонные (монолитные и из бетонных блоков), железобетонные (монолитные и сборные), а также из деревянных, железобетонных, металлических и асбестоцементных столбов и труб.

- Свайный фундамент – это конструкция из жёстких стержней, помещённых в грунт, и ростверка.

Механика грунтов базируется на знаниях, полученных при изучении курсов:

математики; физики; гидравлики; сопротивления материалов и др.

Изучение раздела «Основания и фундаменты» базируется на знаниях механики грунтов, физики, строительной механики и знаниях других дисциплин.

Раздел «Основания и фундаменты» является предшествующей базой для гидротехнических, промышленно-гражданских и других сооружений. Любые сооружения начинают строить с подготовки основания и устройства фундамента. Но проектирование сооружения заканчивают проектированием фундамента и расчетом совместной работы основания и сооружения в целом.

Требования к результатам освоения дисциплины

- природу грунтов, свойства их компонентов, физические, физико-химические и физико-механические свойства грунтов, а также распределение природных напряжений и напряжений от внешней нагрузки в грунтовых массивах;

- закономерности взаимодействия (совместной работы) фундамента (сооружения) и грунтов основания;

- определять показатели физических, физико-химических и физико-механических свойств грунтов;

- выбирать расчетную модель взаимодействия (совместной работы) фундамента (сооружения) и грунтов основания;

- методами оценки показателей различных свойств грунтов как оснований фундаментов сооружений;

- методами определения напряжений в различных точках грунтового массива от внешних нагрузок, распределенных по площади той или иной формы;

- приемами расчета и конструирования фундаментов, методами расчета оснований.

 

 

2 Проектирование фундаментов по предельным состояниям. Виды деформаций оснований и фундаментов. Примеры аварийных состояний сооружений вследствие неудовлетворительной работы фундаментов и оснований. Предельные состояния фундаментов и оснований.

Сейчас в расчете оснований рассматриваются их предельные состояния по несущей способности (первое предельное состояние, согласно СП 22.13330.2011) и по деформациям (второе предельное состояние). При этом оба вида указанных состояний между собой, как правило, не совпадают. Часто оказывается, что несущая способность грунтов по устойчивости еще далеко не исчерпана, а в осадках фундаментов уже достигнуто предельное состояние их развития. Поэтому расчет оснований по деформациям обычно считается основным, а расчету устойчивости грунтов чаще придают проверочный характер.

Основания рассчитываются по двум группам предельных состояний: первая - по несущей способности, вторая - по деформациям.
К первой группе предельных состояний оснований относятся деформации неустановившейся ползучести, чрезмерные пластические деформации, резонансные колебания, потеря устойчивости формы и положения, вязкое или хрупкое разрушение. Ко второй группе предельных состояний относятся такие состояния оснований, при которых затрудняется нормальная эксплуатация здания или сооружения или снижается его долговечность в результате недопустимых осадок, прогибов углов поворота, а также колебаний, трещин и т. д.

Следует иметь в виду, что потеря несущей способности основания приводит чаще всего конструкции здания или сооружения в предельное состояние первой группы. В этом случае предельные состояния основания и конструкций здания или сооружения совпадают.

Что касается деформаций основания, то они могут привести конструкции здания или сооружения в предельные состояния как второй, так и первой групп. В связи с этим предельные деформации основания могут ограничиваться прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью, а также требованиями архитектурного, эксплуатационно-бытового и технологического характера.

Расчет основания по деформациям производится с соблюдением следующих условий (исходя из совместной работы основания и сооружения): S≤Su; Ṡ≤Ṡu, (1.1) где S - абсолютные значения осадки отдельных фундаментов, определяемые расчетом, исходя из наиболее неблагоприятных грунтовых условий; Ṡ - средняя осадка фундаментов, рассчитываемая как среднее значение абсолютных осадок отдельных фундаментов: Ṡ=(s1A1+s2A2+…+snAn)/(A1+A2+…+An), (1.2) где s1, s2,..., sn - абсолютные осадки отдельных фундаментов или лент; A1, A2..., An - суммарные площади подошвы фундаментов с одинаковыми размерами, аналогичными грунтовыми условиями оснований и близкими по влиянию загружения соседними фундаментами; Su и Ṡu - предельные значения соответственно абсолютных и средних осадок, устанавливаемых СП 22.13330.2011. Расчет оснований только по условию (1.1) является недостаточным.

Основным расчетом оснований зданий и сооружений по деформациям является проверка по относительной неравномерности осадки: (Δs/L)≤(Δs/L)u или i≤iu, (1.3) где (Δs/L) и i - соответственно относительная неравномерность осадок и крен, определяемые расчетом; (Δs/L)u и iu - предельные (соответственно) относительная неравномерность осадок и крен, рекомендуемые СП 22.13330.2011.

По второй группе предельных состояний (по деформациям) основания рассчитываются во всех случаях, по первой группе - в следующих случаях: основание подвержено действию значительных горизонтальных нагрузок (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т. д.) с учетом сейсмических; здание или сооружение расположено на откосе или в непосредственной близости от него; основание сложено скальными грунтами. Если основание сложено медленно уплотняющимися пылевато-глинистыми грунтами со степенью влажности Sг≥0,85 и коэффициентом консолидации сν≤107 см2/год, силу предельного сопротивления основания следует определять с учетом возможного нестабилизированного состояния основания в результате избыточного порового давления в грунте и. В этом случае соотношение нормальных и касательных напряжений определяется следующей зависимостью: τ=(σ-u)tgϕ1+c1, где ϕ1 и c1 - угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта в стабилизированном состоянии.
При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать взаимодействие здания или сооружения со сжимаемым основанием.Состояние основания можно считать предельнымв том случае, если оно приводит к одному из предельных состояний здания или сооружения. Расчет деформации основания производится с использованием расчетной схемы в виде линейно деформируемого полупространства с ограничением глубины активной (сжимаемой) зоны или линейно деформируемого слоя. Анизотропию прочностных и деформационных характеристик, а также развитие деформаций во времени рекомендуется учитывать при расчете оснований из водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов и илов.
Во время строительства и эксплуатации сооружений грунты основания деформируются, что, как правило, приводит к развитию неравномерных осадок фундаментов и, соответственно, сооружений.
При появлении аварий или деформации зданий и сооружений необходимо руководствоваться «Положением о порядке расследования причин аварий зданий и сооружений, их частей и конструктивных элементов на территории Российской Федерации» (№ 17-48,1994), градостроительным кодексом РФ (статья 62).

1. перекос разность осадок двух соседних фундаментов, отнесенная к расстоянию между ними (характерендля зданий каркасной системы);

2. крен разность осадок двух крайних точек фундамента, отнесенная к расстоянию между этими точками;характерен для абсолютно жестких сооружений компактной формы в плане;

3. относительный прогиб или перегиб фундамента отношение стрелы прогиба к длине изогнувшейсячасти здания или сооружения.

4. закручивание — вращение фундамента вокруг своей оси.

5. сдвиг — горизонтальное смещение от сейсмических и других нагрузок.

Вертикальные деформации оснований зданий и сооружений подразделяются на два вида:

1. осадки — деформации уплотнения грунта под нагрузкой, не сопровождающиеся коренным изменениемсложения грунта;

1. абсолютная осадка отдельного фундамента;

2. средняя осадка здания или сооружения, определяемая по абсолютным осадкам не менее чем трех егоотдельных фундаментов или трех участков общего фундамента;

3. дополнительная осадка от увлажнения грунтов оснований дождевыми и талыми водами, снижение ихнесущей способности, отсутствии планировки прилегающей территории, неисправности отмосток,промерзании основания при недостаточной глубине заложения фундаментов, наличии под фундаментамистарых, небрежно засыпанных выработок, оползневых и карстовых явлений, увеличении давления на грунтпри дополнительной нагрузке фундаментов (установка более тяжелого оборудования, надстройка зданий ит.д.), динамических воздействий ударного или вибрирующего оборудования на фундаменты и основания приводонасыщенных песчаных грунтах, неисправности сетей водопровода, канализации, теплофикации, утечкииз них воды и, как следствие, чрезмерное увлажнение или размыв грунта оснований, утечки под фундаментыагрессивных производственных сточных вод из неисправных сетей канализации и других факторов.

2. просадки деформации провального характера, вызываемые коренным изменением сложения грунта(уплотнением лёссовидных грунтов при их замачивании, уплотнением песчаных грунтов рыхлого сложенияпри динамических воздействиях, выпиранием грунта из-под подошвы фундамента, оттаиванием мерзлыхгрунтов и т.д.).

Неравномерные осадки разуплотнения связаны с откопкой котлована и уменьшением напряжений ниже его дна. Величина их неравномерности зависит от неоднородности основания и изменения напряженного состояния при откопке (глубины котлована, наличия подземных вод и других факторов). Эти осадки обычно заканчиваются в период строительства.

Неравномерные осадки выпирания связаны с развитием пластических деформаций грунта основания. Они могут развиваться, если давление по подошве фундамента превышает расчетное сопротивление грунта. Это чаще всего происходит при увеличении нагрузки на фундаменты во время эксплуатации зданий (при заниженной величине заглубления подошвы фундамента по отношению к полу подвала).

Неравномерные осадки расструктуривания связаны с нарушением структуры природного грунта в период производства строительных работ, особенно работ нулевого цикла. Развитие осадки расструктуривания, как правило, заканчивается в период строительства и значительно реже — в первые годы эксплуатации.

Неравномерные осадки в период эксплуатации зданий могут развиваться под воздействием уплотнения грунтов, различных вод (грунтовых, ливневых, производственных), ослабления подземными и котлованными выработками, динамики, геологических процессов и других факторов.

Следует учитывать три характеристики осадок сооружения: 1) максимальную величину осадки; 2) разность осадок соседних частей, которая приводит к их относительному повороту; 3) разность осадок фундамента, которая приводит к деформациям и искажениям всей конструкции. Деформацию выгиба испытывают здания с тяжелыми каменными стенами и слабонагруженными внутренними колоннами, а также при наличии слабых или ослабленных оснований в торцевых частях здания, расположенных рядом котлованов или траншей (за счет выдавливания грунта из-под несущего пласта основания), построек около торцевых частей зданий, значительного количества жестких включений под серединой здания и т. п. Углы в этом случае садятся больше и наклонные трещины имеют большую ширину вверху. Направление нижних концов трещин — также в сторону меньших осадок, т. е. к середине здания. Наружные стены могут наклоняться кнаружи, образуя v-образные трещины в соединениях с поперечными стенами. Особенно часто это встречается при внецентренном загружении фундаментов наружных поперечных стен. В зависимости от конфигурации общей осадки соответствующие наклонные трещины появляются во внутренних стенах. При этом перекашиваются дверные рамы (проемы являются ослабленными местами в стенах и здесь концентрируются напряжения). Перекрытия, опирающиеся на рамы каркаса, могут испытывать большие осадки без повреждений, но если они опираются непосредственно на грунт или на отдельные фундаменты, оседающие независимо от стен, могут возникать серьезные повреждения и расстройства в стыках. Деформация выгиба значительно опаснее прогиба, так как трещины раскрываются вверху, а это может привести к тому, что торцевые стены потеряют устойчивость, перекрытия обрушатся и т. п.

Фундаменты мелкого заложения, возводимые в предварительно открытых котлованах. Их материал. Виды фундаментов: по конструкции, степени индустриальности, характеру работы материалу.

К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.

- ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:

· монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.

· сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

- По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:

· отдельно стоящие фундаменты:

a) под колонну (опору);

b) под стены (при малых нагрузках)

· ленточные фундаменты:

a) выполняются под протяженные конструкции (стены);

b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент.

· сплошные (плитные) фундаменты

Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки сооружения.

· массивные фундаменты

Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т.п.).

- ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов: железобетон, бетон, бутобетон, каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных камней),  в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева или металла.