Фундаменты на естественном основании. Область применения, конструктивные особенности, классификация. Основания и фундаменты. Естественные основания Ленточный фундамент на естественном основании

ВВЕДЕНИЕ

Фундамент -- (лат. fundamentum) -- подземное (подводное) основание для домов, зданий и сооружений, которое изготовлено, как правило, из бетона, камня или дерева. Служит неотъемлемой частью здания и является основной несущей конструкцией, основная функция которой заключается в передаче нагрузки от здания на грунтовое основание.

Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимающие нагрузку от сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения. Проектирование оснований зданий и сооружений зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания.

Основание под фундаменты зданий и сооружений может быть естественным, называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения.

К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные. Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений. К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.

Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1...2 мм. Пески крупностью 0,25...2 мм обладают значительной. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды прочность песчаного основания резко снижается.

Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.

Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3...10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10...30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.

Лёссовые грунты частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются посадочными.

Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».

Фундаменты, как правило, закладываются ниже глубины промерзания грунта, для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На пучинистных грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглубленные фундаменты.

фундамент опорный конструкция глубина

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В настоящее время для построек жилых зданий применяются следующие типы фундаментов -- столбчатые, ленточные и сплошные плитные. Выбор конструкции фундамента зависит в основном от грунтовых условий строительной площади, нагрузок на фундаменты и конструктивных особенностей проектируемого здания.

Ленточные фундаменты используются для домов с большой массой стен: кирпичные, каменные, бетонные, а также под деревянные, которые планируется облицовывать кирпичом.

Закладывается фундамент по всему периметру дома, включая внутренние и внешние капитальные стены. Кладка может быть различной формы: прямоугольной, трапецеидальной, ступенчатой, или с расширенной нижней частью, иначе называемой подушкой. Для оптимальной компенсации нагрузки от массивного здания является форма трапеции. При использовании в качестве материала для фундамента кирпича или бутового камня угол наклона боковой грани к вертикали не должен превышать 30°, а для бетона - 45°.

Ленточные фундаменты подразделяются на: монолитные и сборные. Для возведения монолитного фундамента обычно используются бетон и железобетон. Для изготовления их сооружения необходима опалубка - арматурная конструкция, или так называемая форма для бетона, которая устанавливается на дно котлована. Она может быть подвижной, разборно-переносной, объемно-блочной. В качестве материла для её изготовления применяют дерево или металл. Внутри опалубки, как правило, прокладывают листы теплоизоляции, керамзит, минераловатные плиты, или же пенопласт. Бетон заливают ровным слоем, непременно уплотняя. Достоинства монолитного фундамента состоят не только в его прочности и долговечности, но и в том, что он подходит для строительства домов любой формы.

Материалом для сборных фундаментов являются бетонные или железобетонные блоки (ФБС), которые укладываются на раствор и закрепляются между собой толстой стальной проволокой. Они возводятся быстрее и проще монолитных и не уступают им в прочности, однако имеют высокую себестоимость, а также могут пропускать воду в местах соединения плит.

Кирпичный фундамент - менее прочен и более трудоемок, чем монолитный. При его возведении используют полнотелый влагостойкий красный кирпич.

Бутовый фундамент считается наиболее прочным, но является слишком затратным, так как бутовые камни, используемые для его возведения сложно подбирать и подгонять по размеру. Но строительство такого фундамента просто необходимо на влажных грунтах, благодаря влагоустойчивости бутового камня.

В общем, недостатками ленточных фундаментов являются их массивность, большие затраты труда, материалов и, соответственно, средств. Однако они получили широкое распространение благодаря своей простой технологии возведения.

Столбчатые фундаменты под стены устраивают при небольших нагрузках и прочных основаниях. Их применяют, как указывалось выше, в основном в промышленном строительстве в каркасных зданиях. В жилых и гражданских их проектируют, как правило, в малоэтажных зданиях без подвалов. Столбчатые фундаменты выполняют в виде деревянных стульев и в форме столбов квадратного, прямоугольного и трапецеидального сечений из керамического кирпича, бута, бетона, железобетона и других материалов.

Столбчатые фундаменты применяются для строительства домов с деревянными, рубленными, каркасными щитовыми стенами, то есть легкими по весу стенами. Техника возведения весьма проста: бурится скважина в грунте, в нее устанавливается арматура, а потом заливается цемент или же другой предусмотренный материал. Особенно удачно дополнение фундамента армированной лентой-ростверком, это почти в 2 раза экономичнее.

Однако при несоблюдении некоторых правил установки столбчатого фундамента, он не сможет выполнять свои функции. Основополагающим является то, что скважина должна буриться на глубину не менее 2 м, то есть глубже уровня промерзания почвы. Во-вторых, на её дне устраивается песчаная подушка, или же устанавливается специальная каменная или бетонная плита, в крайнем случае - пластина из деревянных брусьев толщиной 10 см, шириной 20 см и длинной 50 см. Её функции состоят в обеспечении устойчивости фундамента и снижении давления дома на грунт. В-третьих, столбы устанавливаются под все углы здания, а также под все пересечения капитальных и некапитальных стен. Промежутки между столбами должны составлять не более 1,2-2,5 м, в которых следует организовать перемычку, служащую для стяжки опор между собой и основанием для цоколя. При расстоянии между столбами больше указанного, необходимо возведение рандбалок, железобетонных или металлических.

Материалом для столбов может служить дерево, кирпич, камень, бетон. Что касается дерева, то рекомендуется использовать сосну или дуб, срок службы которых не менее 6 и 13 лет соответственно. Обожженные или обмазанные битумом столбы прослужат в 1,5-2 раза дольше. Их диаметр должен составлять около 20 см. Красный кирпич не пригоден к строительству фундамента, зато прекрасно подходит кирпич-железняк, получаемый путем обжигания обыкновенного кирпича. Размеры столбов при использовании бутового камня - 60х60см, кирпича-железняка - 50х50 см, бетона или бутобетона - 40х40см.

В настоящее время широкое распространение получил метод совмещения столбчатого и ленточных фундаментов, хотя многие эксперты считают, что фундамент должен быть однородным, так как только в этом случае можно точно прогнозировать его срок службы, реакцию на климатические и другие условия.

Достоинствами столбчатого фундамента являются: его экономичность и низкая трудоемкость. Особенно удобно применение этого фундамента в климатических зонах с глубоким промерзанием почв. Однако серьезными недостатками этого вида фундамента считаются: недостаточная устойчивость в горизонтально подвижных грунтах, сложность при возведении цоколя, неприемлемость для строительства на слабонесущих почвах, особенно при большой массе стен.

Сплошной фундамент. Необходимость возведения сплошного фундамента возникает при строительстве на так называемых «плавающих» грунтах, а также на почвах с высоким залеганием грунтовых вод. Например, на песчаных подушках, слежавшихся свалках, вспучивающихся грунтах.

Плитные фундаменты сооружаются под всю площадь здания в виде либо монолитной плиты, либо железобетонной решетки. Такой фундамент целесообразен для строительства небольших компактных сооружений, не требующих высокого цоколя, например, гаражи, бани, мастерские. Для возведения более массивных зданий прибегают к использованию ребристых плит или армированных перекрестных лент.

К плюсам сплошного фундамента относятся: его способность выравнивать вертикальные и горизонтальные перемещения грунтов, исключать проникновение в подвальные помещения грунтовой воды даже под большим гидростатическим давлением, а также простота сооружения. Наиболее часто этот тип используют для придания фундаменту качества пространственной жесткости. Но ввиду большого расхода материалов на его возведение, он весьма дорог для потребителя со средним уровнем дохода.

В зависимости от нагрузок, действующих на фундамент, сваи в нем располагают: по одной -- под отдельные опоры; рядами -- под стеновые конструкции; кустами -- под колонны; свайными полями -- под здания и сооружения малой площади со значительными нагрузками.

Основная функция фундамента - передача нагрузки от стен и крыши на основание перенести нагрузку здания на поверхность почвы.

Глубина заложения фундаментов зависит от ряда условий: вида сооружения (дом, баня, гараж, хозяйственные постройки) и его конструктивных особенностей (наличия цокольного, подвального этажа и т.д.); величины и характера нагрузок, действующих на фундамент; геологических и гидрогеологических условий площадки; возможности пучения грунта при промерзании и осадки при оттаивании.

Минимальная глубина заложения фундаментов под наружные конструкции сооружений, возводимых на всех грунтах, кроме скальных, должна быть не менее 0,5 м от поверхности планировки участка. В зданиях с подвалами приведенная глубина заложения подошвы фундаментов относительно пола должна быть не менее 0,5 м; при плотных или утрамбованных грунтах допускается не заглублять фундамент в грунт, т.е. принимать глубину заложения равной толщине подготовки под полы и пола подвала (рис. 1).

1. Типа грунта

2. Уровня грунтовых вод

3. Глубины промерзания.

Очень сильное влияние на глубину заложения оказывает тип грунтов. Прежде всего, важно свойство грунта изменять свой объём во влажном состоянии при замораживании (так называемое морозное пучение грунта), по этой характеристике различают следующие виды грунтов:

Рис. 1.

1 - песчаная подготовка под полы h1;

2 - бетонный пол подвала h2;

3 - уровень пола подвала;

4 - глубина заложения фундамента относительно пола подвала Нп;

1. Не пучинистые - скальные и полускальные породы.

2. Слабопучинистые - крупнообломочные грунты, пески гравелистые, крупные и средние.

3. Пучинистые - мелкие пески, пылеватые супеси, суглинки.

Уровень грунтовых вод также имеет важное значение при проектировании фундаментов и всецело определяется гидрогеологическими условиями данной местности. Высокий уровень грунтовых вод при пучинистом грунте может потребовать столь дорогостоящих решений конструкций фундаментов и гидроизоляции подвала, что выгоднее будет отказаться от такого участка для строительства.

Часто можно предварительно выяснить уровень грунтовых вод и без проведения серьезных физических исследований. Такую информацию можно получить на соседних заселенных территориях. Источниками ее в этом случае могут быть: местные фирмы, занимающиеся изучением и испытанием грунтов; местные инженеры, консультирующие в области строительства; городские управления по делам строительства; местные агенты по продаже недвижимости; владельцы соседних участков.

Глубина заложения фундамента для скальных и полускальных пород может быть любой и не зависит от уровня грунтовых вод или глубины промерзания. Если грунт состоит из гравелистых, крупных или средних песков, то глубина заложения фундамента должна составлять 0.5 метра вне зависимости от уровня грунтовых вод и глубины промерзания.

Когда же грунт пучинистый, то в зависимости от уровня грунтовых вод возможны три варианта:

1. Если уровень грунтовых вод превышает расчетную глубину промерзания грунта более чем на 2 м, фундамент достаточно заглубить всего на 0.5 метра.

2. Если уровень грунтовых вод превышает глубину промерзания грунта менее чем на 2 м, то глубина заложения составляет около 75 % от глубины промерзания грунта, но не должна быть меньше 0.7 метра.

3. Если же уровень грунтовых вод менее расчетной глубины промерзания грунта, то глубина заложения должна быть не меньше глубины промерзания грунта.

ВЫВОДЫ

Фундамент - это опорная конструкция всего дома. Именно от него зависят прочность и долговечность дома. Функции фундамента включают в себя передачу нагрузки от здания грунту, а также сопротивление влиянию грунтовых вод и мороза.

Основными требованиями, предъявляемыми к фундаментам, являются: прочность, устойчивость, сопротивляемость влиянию атмосферных условий и отрицательных температур, долговечность, соответствующая эксплуатационному сроку службы надземной части зданий и сооружений, индустриальность устройства конструкций, экономичность.

Главная функция фундамента - нести на себе всю нагрузку основных архитектурных составляющих строения, предотвращая их преждевременное разрушение, гниение, проседание, растрескивание, деформацию и другие негативные процессы, возникающие под естественным влиянием силы тяжести или негативных климатических условий.

Ленточные фундаменты выполняют в виде непрерывных стен, столбчатые -- в виде системы отдельно стоящих столбов и сплошные -- в виде сплошной плиты прямоугольного или ребристого сечения под все здание.

Глубина заложения фундамента находится в непосредственной зависимости от трёх факторов:

1. Типа грунта

2. Уровня грунтовых вод

3. Глубины промерзания.

Прочность и устойчивость любого сооружения, прежде всего зависят от надежности основания и фундамента.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анатолий Сергеевич Щербаков «Основы строительного дела»

2. Глубина заложения фундаментов: ;

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

и гражданское строительство

Санкт-Петербург

Основания и фундаменты:

Основания и фундаменты

Редактор А. В. Афанасьева

Общие положения

«Основания и фундаменты» геотехнических наук, включающих инженерную геологию и механику грунтов.

«Основания и фундаменты».

Введение

И фундаментов

Свайные фундаменты

Искусственно улучшенные основания

Проектирование и устройство грунтовых и песчаных подушек. Поверхностное уплотнение грунтов. Глубинное уплотнение песков динамическими воздействиями, песчаными сваями и др. Уплотнение грунтов статической нагрузкой, водопонижением. Область применения методов. Закрепление грунтов (цементация, силикатизация, электрохимическое закрепление, смолизация, термический метод, армирование грунта, метод гидроразрыва, метод струйной технологии).

Крепление стен и осушение котлованов при устройстве фундаментов

Назначение и способы креплений. Распорные крепления. Шпун-товые стенки. Искусственное замораживание грунтов. «Стена в грунте». Область применения способов.

Водоотлив. Открытый водоотлив в различных грунтовых условиях. Искусственное понижение уровня грунтовых вод и область его применения (иглофильтры, глубинные насосы, противофильтрационные завесы).

Методические указания по изучению

Теоретического курса

Приступая к изучению теоретического материала, следует прежде всего ознакомиться с программой дисциплины.

Теоретический материал представлен в основной литературе, и в зависимости от имеющегося учебника и с учетом программы следует выбрать материал, подлежащий изучению.

В результате изучения дисциплины «Основания и фундаменты» студент должен знать :

состав и объем инженерно-геологических исследований для промышленного и гражданского строительства;

принципы проектирования фундаментов;

расчеты и конструкции фундаментов мелкого заложения;

расчеты и конструкции свайных фундаментов;

методы искусственного улучшения свойств грунтов;

способы устройства котлованов и фундаментов глубокого заложения;

методы водопонижения в грунтах;

особенности проектирования фундаментов на структурно-неус-тойчивых грунтах и в особых условиях;

устройство фундаментов при реконструкции предприятий и зданий, методы усиления оснований и фундаментов;

уметь :

оценить инженерно-геологические условия строительной площадки; правильно выбрать способ производства работ, обеспечивающий сохранность естественной структуры грунтов основания;

проектировать основания и фундаменты зданий и сооружений по предельным состояниям на основе вариантности решений;

рассчитывать устойчивость откосов и определять давление грунта на подпорные стенки;

понимать :

задачи курса и перспективы развития разделов данной науки;

особенности расчета фундаментов различных типов;

методы устройства подземных сооружений, в том числе объектов гражданской обороны;

особенности работы оснований и фундаментов глубокого заложения;

вопросы проектирования и конструирования фундаментов при динамических воздействиях.

Изучение дисциплины «Основания и фундаменты» базируется на следующих ранее изучавшихся курсах: инженерная геология, сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности, гидравлика, строительная механика, строительные конструкции, технология строительного производства, охрана труда, экономика строительства.

Задание на курсовое проектирование

Выбор задания производится в соответствии с двумя последними цифрами студента.

Схема сооружения . Вариант схемы сооружения (рис. 1-10) при-нимается по предпоследней цифре шифра: нечетные вариант размеров и нагрузок - для студентов, у которых последняя цифра шифра нечетная, четный - если последняя цифра шифра четная или ноль. Усилия по верхнему обрезу каждого рассчитываемого фундамента, обозначенного номером на плане сооружения, приведены в табл. 1 приложения.

Геологические условия . Номер геологических условий прини-мается по последней цифре шифра по рис. 11-15. При этом номер пласта без скобок принимается для шифра, оканчивающегося цифрами от 0 до 4, в скобках - для шифров, оканчивающихся цифрами от 5 до 9. Расчетные показатели физико-механических свойств грунтов указаны в табл. 2 приложения.

Пример. Шифр студента ПГС - 02-138. Номер схемы сооружения - 3 (ремонтный цех). Размеры и нагрузки - по четному варианту. Вариант геологических условий - 8. Из геологических разрезов принимаем номера грунтов в скобках, т. е. по табл. 2: песок пылеватый -16, глина - 3 и суглинок - 5.

Состав и объем проекта

Проект должен содержать:

1) оценку инженерно-геологических условий и свойств грунтов, включая определение расчетного сопротивления грунта основания;

2) разработку вариантов (не менее 3) для наиболее нагруженного и характерного фундамента. По каждому варианту необходимо:

а) выбрать и обосновать глубину заложения фундамента, тип фундамента, тип основания;

в) сделать дополнительные расчеты основания, если они требуются (например, расчет песчаной подушки, глубинного уплотнения и т. д.);

д) определить стоимость каждого варианта, сравнить рассмотренные варианты по технико-экономическим показателям и выбрать основной вариант.

Размеры фундаментов в стадии разработки вариантов следует определять по максимальным вертикальным нагрузкам, считая их центрально приложенными;

3) расчет и конструирование всех намеченных на плане здания фундаментов, а при необходимости и искусственных оснований по принятому (основному) варианту с учетом их внецентренного загружения;

4) расчет осадок двух близко расположенных фундаментов для принятого варианта:

а) абсолютных осадок;

б) относительной осадки;

в) сравнение полученных расчетом осадок с предельными, приведенными в СНиП, и решение вопроса о необходимости устройства осадочных швов;

18
защиту подвальных помещений от подземных вод, разработку конструкции гидроизоляции (при наличии подвала и высоком уровне грунтовых вод). В случае устройства внутренней гидроизоляции следует учесть влияние неравномерных осадок на гидроизоляцию и предусмотреть необходимые мероприятия по ее сохранению;

Все необходимые обоснования решений и расчеты должны при-водиться в пояснительной записке в соответствии с заданием, в ука-занной последовательности, с обязательным изображением эскизов, расчетных схем с указанием размеров и привязок.

Чертеж выполняется в карандаше, туши или с использованием программы «Autocad» на листе формата А1 или нескольких листах формата A3. На чертеже приводятся:

а) схематический поперечный разрез сооружения с прорисовкой фундаментов и основания (масштаб 1:200);

б) конструкции рассмотренных вариантов фундамента, совмещенные с геологическим разрезом (масштаб 1:100);

в) план фундаментов всего здания (или план ростверков, если в качестве основного варианта выбран свайный) с размерами и привязкой к осям (масштаб 1:100); свайное поле (масштаб 1:200);

г) сечения фундаментов с отметками, размерами и привязкой к осям (масштаб 1:50);

д) детали устройства осадочных швов, гидроизоляции, фундаментных балок и др.;

е) вариант свайного фундамента (или фундамента на естественном основании, если в качестве основного варианта принят свайный) – план и сечение (масштаб 1:50).

Пояснения о принятых материалах и их марках, о подготовке под фундамент, особенностях производства работ и прочем приводятся на листе ватмана в виде перечня технических требований.

Приложения

Приложение 1

Усилия на обрезе фундамента от расчетных нагрузок в наиболее невыгодных сочетаниях

32
Продолжение прил. 1

Окончание прил. 1

Примечания: 1. В таблице заданы расчетные усилия для расчета по деформациям. Расчетные усилия для расчета по несущей способности и прочности определяются путем умножения заданных усилий на осредненный коэффициент перегрузки п = 1,2. Усилия на ленточные фундаменты даны на 1 м их длины.

2. Знаки усилий: положительное направление поперечной силы - слева направо, момента - по часовой стрелке, при этом положение фундамента - по разрезу на схеме здания.

3. Для фундаментов, у которых номера со звездочками, достаточно определить только размеры в плане, найдя площадь подошвы по формуле

F = N / (R – γ ср h).

4. Величина R принимается уже вычисленной для наименее загруженного фунда­мента с номером без звездочки.

Приложение 3

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Методические указания по изучению дисциплины

и выполнению курсового проекта для студентов

специальности 290300 - промышленное

и гражданское строительство

Санкт-Петербург

Основания и фундаменты: Методические указания по изучению дисциплины и выполнению курсового проекта для студентов специальности 290300 - промышленное и гражданское строительство / СПб. гос. арх.-строит. ун-т; Сост.: В. Д. Карлов, Р. А. Мангушев. СПб., 2003. 40 с.

Приводятся содержание дисциплины «Основания и фундаменты», список литературы по изучению дисциплины, выбор задания на разработку курсового проекта, порядок и последовательность работы над проектом.

Табл. 3. Ил. 15. Библ.: 13 назв.

Рецензент д-р техн. наук, проф, И. И. Сахаров

Основания и фундаменты

Составители: Карлов Владислав Дмитриевич, Мангушев Рашид Александрович

Редактор А. В. Афанасьева

Компьютерная верстка А. М. Николаевой

Подписано к печати 15.09.2003. Формат 60x84 7 16 . Бумага офсетная. Усл. печ. л. 2,5. Уч.-изд. л. 2,75. Тираж 500 экз. Заказ 205. «С» 51.

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 4.

Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, д. 5.

Общие положения

В соответствии со стандартом специальности, учебными планами и типовыми программами дисциплина «Основания и фундаменты» изучается на VIII и IX семестрах и предваряется теоретической подготовкой по другим дисциплинам, входящим в цикл геотехнических наук, включающих инженерную геологию и механику грунтов.

Во время изучения дисциплины «Основания и фундаменты» студент должен освоить теоретический курс, выполнить курсовой проект, сдать экзамен по дисциплине.

Основной теоретический материал для студентов очной формы обучения излагается на лекциях, а около 20 % прорабатывается студентами самостоятельно. На практических занятиях теоретический материал закрепляется путем решения задач и выполнения контрольных работ.

В процессе курсового проектирования приобретаются навыки самостоятельного выполнения расчетов, конструирования фундаментов, проведения технико-экономических сопоставлений их вариантов.

Теоретический материал необходимо изучать в соответствии с действующей программой дисциплины «Основания и фундаменты».

Введение

Основные понятия и определения. Требования к основаниям и фундаментам. Роль отечественной и зарубежной науки и техники в развитии дисциплины. Современное состояние фундаментостроения и перспективы развития. Основные задачи изучения курса.

1. Принципы проектирования оснований

И фундаментов

Предельные состояния оснований сооружений. Принципы проектирования. Основные типы сооружений по жесткости. Формы деформаций и смещений сооружений (осадки уплотнения, разуплотнения, выпирания, расструктуривания до и в период эксплуатации сооружений). Понижение чувствительности зданий к неравномерным осадкам. Взаимосвязь проектирования и возведения фундаментов.

Фундаменты на естественном основании

Выбор глубины заложения подошвы фундамента в зависимости от инженерно-геологических условий, климатических условий района строительства, конструктивных особенностей сооружения и других факторов.

Назначение фундаментов. Типы фундаментов. Материал для фундаментов. Конструкции сборных и монолитных фундаментов.

Гидроизоляция. Гидроизоляция подвальных помещений. Дренаж. Защита фундаментов от агрессивных вод.

Проектирование оснований и фундаментов. Расчеты оснований по деформациям и несущей способности. Порядок расчета оснований и фундаментов. Расчет центрально- и внецентренно-нагруженных жестких фундаментов. Расчет фундамента при действии горизонтальной нагрузки.

Гибкие фундаменты. Понятие о гибких фундаментах. Расчетные модели оснований. Область применения расчетных методов.

Свайные фундаменты

Типы свай и виды свайных фундаментов. Ростверки. Сваи, по-гружаемые в грунт в готовом виде. Сваи, изготавливаемые в грунте. Явления, происходящие в грунте при погружении свай и изготовлении набивных свай. Работа одиночной сваи и сваи в кусте.

Определение несущей способности свай-стоек и свай трения (висячих) расчетом по СНиП 2.02.03-85. Практические методы определения несущей способности свай (испытанием статической нагрузкой, динамический метод, статическим и динамическим зондированием).

Проектирование свайных фундаментов. Последовательность расчета центрально- и внецентренно-нагруженных свай фундаментов. Расчет свайных фундаментов при действии горизонтальных нагрузок. Расчет осадок свайных фундаментов.

Фундаментами мелкого заложения на естественных основаниях называют такие фундаменты, которые сооружают в открытых котлованах глубиной на более 5-6м.Основные требования к фундаментам – их достаточная прочность, долговечность, морозостойкость, стойкость против агрессивного воздействия подземных вод.

Фундамент должен иметь такие размеры, чтобы среднее давление по подошве фундамента на превышало расчетного сопротивления грунта основания.

Кроме того, расчетные значения абсолютных осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного сооружения не должны превышать установленных нормами проектирования предельных значений.

Классификация фундаментов мелкого заложения

К отдельным фундаментам стаканного типа относятся фундаменты под колонны. Обычно такие фундаменты применяются в промышленных зданиях. При не слишком больших нагрузках на грунт, при достаточно прочных и малосжимаемых грунтах, а так же при гибкой схеме работы надземной части здания, когда колонны и ригели или колонны и фермы соединены шарнирно.

Различают способом крепления фундамента с колонной:

а) замоноличивание (?мелкие, холодные?)

1 - Бетон на мелком заполнителе не ниже класса бетона самого фундамента (не ниже В20).

2 - стакан

б) большие колонны устанавливаются без стакана

жесткий стык – сварка и стык замоноличиваются бетоном

Обычно отдельные фундаменты под колонну выполняются с сочетанием с рандбалками (или фундаментными балками).

Столбчатые бесстаканные фундаменты под кирпичную стену

Применяются для одноэтажных зданий при хороших грунтовых условиях для частного индивидуального строительства.

Ленточные фундаменты

Под кирпичные стены иногда назначаютнепрерывными.

Применяются при равномерной нагрузке от стен на грунт и постоянных вдоль стены в грунтовых условиях. (l/b≥10).

Изменение размеров глубины заложения возможны только на отдельных участках ограниченной длины. Участки имеющие разные размеры отделяются осадочными швами. Применяются при значительных нагрузках и достаточно слабых грунтах. Несущественно изменяют жесткость сооружения, почти не работают на изгиб в продольном направлении (при большой жесткости стен).

Параллельные ленточные фундаменты под колонны применяются при шаге колонн не более 6 м и при наличии слабых грунтов. Такие фундаменты уменьшают неравномерность осадок отдельных колонн.

Лекция 7 – 10.05.12

Фундаменты перекрестных лент под колонны

Применяются при малом шаге колонн, при больших нагрузках и слабом грунте. Перекрестные ленты позволяют выравнивать осадки не только отдельных колонн в ряду, но и здания в целом.

Сплошные фундаменты

Фундаменты в виде сплошной плиты как под колонны, так и под кирпичные стены, устраивают под всем сооружением или под его частью в виде ж/б плит под сетку колонн и стен. Такие фундаменты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, имеют небольшую равномерную осадку, им не страшно подмачивание поверхностными водами, а так же они защищают подвальные части здания. Размеры таких фундаментов обусловлены размерами сооружения в плане.

Естественные основания - это грунты или скальные породы, находящиеся в условиях их природного залегания и восприни­мающие нагрузку от фундаментов.

Выбор строительной площадки под здание или со­оружение определяется в первую очередь геологическими и ги­дрогеологическими условиями основания. При этом устанавли­вают характер напластований грунтов и толщину каждого слоя, их физико-механические свойства, уровень грунтовых вод, воз­можность размывов и т. п.

Грунты исследуют, при помощи бурения или шурфования. Бурение дает возможность взять пробу грунта с различной глубины. Образцы отбираются не реже чем через каждые 0,5 м по высоте. Это наиболее быстрый и простой способ геологичес­кой разведки основания.

Шурфование позволяет непосредственно осмотреть грунт в естественных условиях и испытать его на образцах значитель­ных размеров с ненарушенной структурой. Шурфы представ­ляют собой колодцы прямоугольного сечения, вырытые на раз­личную глубину.

Для получения геологического профиля определен­ного грунтового участка границы однородных, слоев, которые обнаружены в шурфах или скважинах, расположенных по одной оси, соединяют между собой. Несколько таких вертикальных разрезов дают представление о геологическом строении данного грунтового массива.

Расчет основания заключается в ограничении дефор­маций конструкций зданий, определяемых величиной нагрузки, которую называют расчетным сопротивлением осно­вания. Эта нагрузка должна соответствовать такой осадке ос­нования, при которой деформации, возникающие в конструкциях здания или сооружения, не превышают допустимых для их нор­мальной эксплуатации.

Осадка основания под фундаментом зависит от соотношения между нагрузкой на грунт и его деформацией, а, также от рас­пределения давления в грунте. Подошва фундамента, передавая нагрузку на основание, вызывает в нем соответствующие напря­жения. С возрастанием глубины эти напряжения распространя­ются на все большие объемы грунта, но величина их уменьшается. Если рассматривать горизонтальную плоскость, то на­пряжения в ней распределяются неравномерно. Их наибольшая величина наблюдается в центре приложения нагрузки с посте­пенным уменьшением к периферии (рис. 53).

Распределение давления зависит от формы фундамента в плане. Под ленточным фундаментом давление в грунте с глуби­ной будет уменьшаться значительно меньше, чем под квадрат­ным, где оно распространяется сразу равномерно в четыре сто­роны, а не в две, как под ленточным фундаментом. Например, на глубине 1 м величина среднего давления в грунте под ленточным фундаментом будет равна 0,55 р, а под квадратным фундаментом 0,34 р на глубине 2 и 3 м соответственно 0,31 р и 0,21 р, 0,11 р и 0,06 р (р - величина среднего давления в грунте под подошвой фундамента).

Расчетные сопротивления грунта при глубине заложения фундамента от 1,5 до 2 м и ширине фундамента 0,6-1 м уста­новлены следующие:
глинистые грунты - от 1 до 6 кг/см 2 (в зависимости от по­ристости и влажности);

Рис. 53 График давления в грунтах

Пески - от 1 до 4,5 кг/см 2 (в зависимости от крупности частиц, влажности и плотности);
- крупнообломочные грунты - от 3 до 6 кг/см 2 ;
- скальные породы – 1/6 от предела прочности скалы на сжа­тие (независимо от размеров и глубины заложения фунда­мента).

При глубине заложения фундамента менее 1,5 м расчетное сопротивление уменьшают, а при более 2 м - повышают, так как грунты с увеличением глубины заложения под влиянием веса вышележащих слоев становятся более плотными.

Кроме того, при ширине фундамента менее 0,6 м расчетное сопротивление грунта должно быть уменьшено, а при более 1 м - повышено.

План лекции.

1.1. Работа грунта под нагрузкой.

1.2. Естественные основания. Виды грунтов и их важнейшие характеристики.

1.3. Искусственные основания.

2. Фундаменты малоэтажных жилых зданий.

2.1. Классификация фундаментов

2.2. Конструктивные решения фундаментов.

1. Основания фундаментов и их характеристика.

1.1. Работа грунта под нагрузкой

Грунты – это геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, состоящие из твердых частиц (зерен) разной крупности (скелета грунта) и пор, заполненных или воздухом полностью, либо частично водой. А грунт, который находится под фундаментом в напряженном состоянии от действия нагрузки от здания, называется основанием фундамента .

Основание фундамента представляет собой массив грунта, расположенный под фундаментом и непосредственно воспринимающий через него нагрузки от здания или сооружения.

Эти нагрузки вызывают в основании напряженное состояние (рис.7.1), которое при достижении определенного уровня может привести к деформациям , как самого основания, так и фундамента.

Вследствие давления, предаваемого зданием на основание, грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия. Под действием этих усилий грунты равномерно уплотняются. Такие равномерные деформации называют осадкой грунта, которая вызывает осадку фундаментов.

Неравномерные деформации грунта, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственной массы грунта и других факторов (замачивания просадочного грунта, подтаивание линз льда в грунте и т.д.), называют просадками. Они могут вызвать повороты фундаментов и т.п. вплоть до разрушения. Просадки оснований недопустимы.

Для того чтобы осадки не оказали опасных воздействий на работающие под нагрузкой конструкции, а также не повлияли на условия эксплуатации зданий, установлены предельные величины деформаций основания и напряжений в грунте , возникающих под подошвой фундаментов.

1.2. Естественные основания. Виды грунтов и их важнейшие характеристики.

Если грунты неподвижны и способны воспринимать нагрузку без предварительного усиления, то они могут быть использованы в качестве естественных оснований .

Качество естественного основания зависит от многих факторов, однако в первую очередь, его определяет вид грунта, его влажность, уровень грунтовых вод и условия промерзания.

Естественные основания – это грунты, которые в природном состоянии имеют достаточную несущую способность, небольшую и равномерную сжимаемость, не превышающую допустимые значения .

По своему строению грунты состоят из частиц, удерживаемых от взаимного смещения различным образом: жесткой связью между зернами (спаянностью) – в сцементированных грунтах, постоянно сохраняющих свою структуру; силой трения – в сыпучих грунтах; силой сцепления – в связных грунтах.

Грунты, используемые в качестве оснований зданий и сооружений, подразделяют в зависимости от геологических характеристик на скальные и нескальные .

К скальным грунтам относятся: изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. К таким породам относят, например, граниты, базальты, песчаники, известняки. Под нагрузкой от зданий и сооружений указанные породы не сжимаются и являются наиболее прочным естественным основанием.

К нескальным грунтам относятся крупнообломочные , песчаные и глинистые .

Крупнообломочные грунты по своей структуре (зерновому составу) подразделяются на щебенистые (вес частиц крупнее 10 мм составляет более половины) и дресвяные (вес частиц размером 2 – 10 мм составляет более 50 %). Если в этих грунтах преобладают окатанные частицы, они соответственно получают названия галечникового или гравийного.

Пески в сухом состоянии представляют в своей массе сыпучий грунт. По крупности частиц различают пески: гравелистые , крупные , средней крупности, мелкие и пылеватые с соответствующим соотношением частиц от 2 мм до 0,05 мм в % от веса воздушно-сухого грунта. Песчаные грунты из гравелистых, крупных и средней крупности песков мало сжимаемы и при достаточной мощности слоя служат прочным и устойчивым основанием зданий и сооружений.

Глинистые грунты относятся к категории связных грунтов с размерами плоских частиц, не превышающими 0,005 мм, и толщиной менее 0,001 мм. Глинистые частицы скреплены силами внутреннего сцепления, величина которого зависит от влажности грунта. Глинистые грунты пластичны, т.е. способны при увлажнении переходить из твердого состояния в пластическое и даже в текучее. Глинистые грунты, находящиеся в твердом сухом состоянии, служат прочным основанием.

К глинистым грунтам относятся также суглинки и супеси, содержащие наряду с глинистыми частицами примеси песка. Содержание этих примесей характеризуется так называемым «числом пластичности». Для супесей это значение составляет от 0,01 до 0,07, для суглинков – от 0,07 до 0,17.

При наличии в глинистых грунтах до 15 – 25 % (по весу частиц крупнее 2 мм к указанным наименованиям должны прибавляться термины «с галькой» («со щебнем») или «с гравием» («с дресвой»); если же содержание частиц составляет 25 – 50 % (по весу) прибавляются термины «галечниковый» («щебенистый»), «гравелистый» («дресвянистый»). При наличии частиц крупнее 2 мм более 50 % (по весу) грунты относятся к крупнообломочным.

В зависимости от степени влажности или степени заполнения пор водой различают грунты маловлажные , влажные и насыщенные водой. Крупнообломочные и песчаные грунты с крупностью частиц выше средней при увлажнении мало сжимаемы и могут служить устойчивым основанием. Увлажнение мелкозернистых песчаных грунтов снижает их несущую способность тем больше, чем меньше размеры частиц грунта. Особенно сильно влияет на снижение несущей способности грунта увлажнение пылеватых песков с глинистыми и илистыми примесями. Такие грунты в водонасыщенном состоянии становятся текучими и называются плывунами . Возведение зданий на таких грунтах требует дополнительных мер по усилению основания.

В строительной практике встречаются насыпные грунты – искусственные насыпи, образованные в результате культурной и производственной деятельности человека. Такие грунты формируются при засыпке оврагов, высохших водоемов, на месте свалок и отходов производства и т.п.

Плотность насыпных грунтов часто зависит от характера подстилающего слоя и состава насыпи (наличие мусора, шлаков и др.). Вопрос об использовании насыпных грунтов в качестве основания для зданий и сооружений рассматривается в каждом отдельном случае в зависимости от характера грунта и возраста насыпи. Так, например, песчаные насыпи, в своей основе содержащие песок, самоуплотняются через 2-3 года, а глинистые – через 5 – 7 лет, после чего они могут быть использованы в качестве естественного основания. Несущая способность глинистых грунтов при их увлажнении значительно снижается. При замерзании влажных глинистых грунтов основания происходит замерзание воды в порах: происходит так называемое «пучение», которое часто является причиной деформаций фундаментов и зданий. Поэтому глубина заложения фундаментов от уровня земли на глинистых грунтах должна быть, как правило, ниже глубины зимнего промерзания на 15 – 20 см.

Глинистые грунты (например, лессы и лессовидные ), обладающие в природном состоянии видными невооруженным глазом крупными порами (макропорами), называют макропористыми грунтами. При увлажнении такие грунты из-за содержания в них растворимых в воде извести, гипса и других солей теряют связность, быстро намокают и при этом уплотняются, образуя просадки. Указанные грунты называют просадочными и для обеспечения необходимой прочности и устойчивости возводимых на таких грунтах зданий и сооружений должны выполняться специальные мероприятия по укреплению грунтов основания и по защите их от увлажнения.

Грунтовые воды образуются в результате проникновения в грунт атмосферных осадков. Дойдя до водонепроницаемого слоя («водоупора»), например слоя глины, вода стекает по его склону, просачиваясь через водопроницаемые слои (крупнозернистые и т.п.). Уровень дренируемой воды зависит от близости водоупора к поверхности, от сезонных колебаний уровней воды в водоемах местности и т.п. Этот уровень, называемый уровнем грунтовых вод , может изменяться еще и от проникновения воды сверху – так называемой верховодки при таянии снегов, дождях и при наличии прослоек глинистых грунтов, задерживающих движение воды.

В зависимости от гидрогеологических условий, слои грунта могут быть в различной степени насыщены грунтовой водой. Крупнозернистые грунты содержат ее в том случае, если ниже них залегают водоупорные слои. Мелкозернистые грунты могут содержать грунтовую воду частично или полностью, а глинистые грунты в силу своей большой влагоемкости чаще всего имеют только капиллярную (связную) воду.

Грунтовые воды, содержащие растворенные примеси солей и других веществ, разрушающих материал фундаментов, называют агрессивными.

Для защиты от агрессивных грунтовых вод создаются специальные конструкции, способные работать в агрессивной среде и защищающие фундаменты от разрушения (СНиП 3.02.01-83).

Грунты, имеющие в своем составе лед, называют мерзлыми. Грунты, промерзающие только в течение одного зимнего времени, называются сезонно-мерзлыми; сохраняющие мерзлое состояние непрерывно в продолжении долгих лет – вечномерзлыми. Сезонно-мерзлые грунты в зимнее время под воздействием нулевой или отрицательной температуры района строительства промерзают на некоторую глубину.

Промерзание некоторых из этих грунтов может вызвать их пучение . Грунты, в которых присутствует значительное количество глины (супеси, суглинки и глины), называют вспучивающимися при замерзании. Остальные грунты (пески, гравелистые и др.) составляют группу невспучивающихся при замерзании. Силы пучения всегда направлены снизу вверх, в процессе замерзания или оттаивания происходит смещение отдельных участков поверхности относительно друг друга. По степени пучения грунты разделяются на сильно пучинистые, пучинистые и непучинистые. Более всего пучинят глинистые грунты. При насыщении водой в небольшой степени пучинят мелкие пески. Крупнообломочные и песчаные грунты крупных фракций не пучинят даже в насыщенном водой состоянии. В скальных породах и крупнообломочных грунтах деформации грунта, развивающиеся при замерзании, незначительны либо вовсе отсутствуют.