Основания и фундаменты
Фундаментом называется подземная часть здания или сооружения, предназначенная для передачи давления от них на основание, на котором расположена подошва фундамента, а также распределения давления по подошве с уменьшением ее до допустимой величины. Основания бывают, естественные, когда грунт под фундаментом остается в естественном состоянии, и искусственные, когда прочность грунта повышают искусственно.
Перед началом проектирования фундаментов, изучают геологическое строение площадки (до определенной глубины) и проводят
гидрогеологические исследования грунтов.
Подошвой фундамента называется нижняя плоскость, посредством которой фундамент опирается на грунт. Расстояние от поверхности земли до подошвы фундамента называют глубиной заложения фундамента (h).
Несущую способность основания определяют величиной нагрузки, при которой получается допускаемая по величине и равномерности осадка конструкции. Величину нагрузки, отнесенную к единице площади основания, называют расчетным сопротивлением основания и выражают ее в МПа (кгс/см2).
Осадка грунта под фундаментами неизбежна, но она не должна вызывать деформацию здания. Особенно опасна неравномерная осадка, которая вызывает появление трещин и может привести здание в аварийное состояние.
Естественные основания. Естественный грунт под фундаментом оставляют в случаях, когда он способен выдержать все нагрузки от сооружения или здания, следовательно, обладает необходимой несущей способностью, равной или большей нормативного давления (≥Rн) на грунт.
2.1. Карта глубины промерзания грунта
При назначении глубины заложения фундамента на естественном основании необходимо учитывать геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, возможность пучения грунтов при промерзании (рис. 2.1), величину и характер действующих на основание нагрузок, назначение и конструкцию зданий и сооружений и другие факторы.
Естественным основанием могут быть различные грунты, которые в соответствии со строительными нормами и правилами разделяются на:
скальные грунты – наиболее надежные основания, практически несжимаемые и требующие лишь удаления верхнего выветрившегося слоя (изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами);
крупнообломочные грунты (несцементированные, имеющие по массе более 50% обломков горных пород) дают малосжимаемые и быстро деформирующиеся основания с расчетным сопротивлением 0,3-0,6 МПа (3-6 кгс/см2). Они являются хорошим основанием, если не подвержены размыванию и имеют прочный подстилающий слой;
песчаные грунты – в зависимости от крупности зерен, влажности, плотности и минералогического состава, являются основаниями с различной несущей способностью. Расчетное сопротивление песчаных оснований 0,1-0,45 МПа (1-4,5 кгс/см2). Устойчивым основанием считаются песчаные грунты, залегающие плотным слоем и не размываемые водой. Нижний предел несущей способности относится к основаниям на пылеватом песке, разжиженном водой (плывун);
глинистые грунты – это мелкие частицы механически разрушенных и химически разложившихся горных пород (0,005 мм). Несущая способность их в основном зависит от их влажности. Так как сжимаемость глины больше, чем песка, а скорость уплотнения под нагрузкой меньше, осадка сооружений на глинистых основаниях продолжается дольше. Поры в глинистых грунтах чаще заполнены водой, поэтому при замерзании они увеличиваются в объеме и происходит пучение.
Многие глинистые грунты, в частности лёссы и лёссовидные, обладают макропористостью, т.е. видимыми невооруженным глазом порами, величины которых значительно превосходят размеры частиц, составляющих скелет грунта. Макропористые грунты в сухом состоянии достаточно прочные (до 0,25 МПа), но при замачивании теряют вязкость и под действием нагрузки дают просадку, часто неравномерную, вызывающую деформации возведенных на них сооружений. Поэтому при проектировании сооружений на лёссовых основаниях следует предусмотреть мероприятия по их защите от замачивания.
Искусственные основания. При слабых грунтах естественного залегания и очень глубоком расположении пригодных для основания, а также под сооружения с большими нагрузками, целесообразно искусственное повышение несущей способности грунтов. Укреплять грунты можно осушением, цементацией, битумизацией, силикатизацией, поверхностным или глубинным уплотнением, заменой слабого грунта другим и др.
Осушение грунтов повышает их плотность и несущую способность и может выполняться отводом поверхностных вод и понижением уровня грунтовых вод. Отводятся поверхностные воды при помощи тщательной планировки территории с уклоном от здания, а понижается уровень грунтовых вод – устройством постоянных дренажей.
Цементация способствует закреплению гравелистых и трещиноватых скальных грунтов. Достигается это нагнетанием цементного молока или цементного раствора через стальные перфорированные трубы.
Битумизация необходима при наличии грунтовых вод передвигающихся на больших скоростях. Проводится она нагнетанием в грунт разогретого битума через инжекторы.
Силикатизацией закрепляют плывуны, пески и лёссовые грунты. Это так называемое химическое закрепление. Плывуны закрепляются нагнетанием жидкого стекла с фосфорной кислотой, пески – жидкого стекла и хлористого кальция, а лёссовые грунты – жидкого стекла.
Уплотнение слабого грунта может быть поверхностным и глубинным. Поверхность уплотняют пневматическим трамбованием, часто с добавкой гравия или щебня. Уплотнение эффективно при маловлажных песчаных, глинистых, макропористых и насыпных грунтах. Один из способов глубинного уплотнения гидровибрирование, когда с помощью вибробулавы в грунте делают воронки, которые засыпают песком. Этим способом уплотняют песчаные, насыщенные водой грунты.
Замена слабого грунта слоем крупного песка (подушка) наиболее экономичное и простейшее искусственное основание.
Фундаменты. Основные требования к фундаментам заключаются в прочности, долговечности, стойкости к атмосферным воздействиям, индустриальности и экономичности.
Конструктивная форма фундаментов зависит от величины и
характера действующих на него нагрузок и несущей способности
грунтов основания. Глубина заложения фундаментов зависит от
геологического строения стройплощадки и степени промерзания
грунта в данном районе. При пучинистых грунтах (мелкие и пылевидные пески, супеси, суглинки и др.) глубина заложения фундаментов принимается ниже глубины промерзания на 0,1-0,2 м (см. карту 2.1).
По конструктивным особенностям фундаменты делятся на ленточные, располагаемые непрерывно под всем периметром стен зданий и служащие их продолжением; столбчатые (одиночные), устанавливаемые под отдельно стоящие столбы и колонны, а также фундаментные балки, на которые опираются стены; сплошные, располагающиеся под всей площадью здания в виде плиты, и свайные, состоящие из отдельных свай, объединенных вверху сборным или монолитным железобетонным или бетонным ростверком (плитой), или балками.
По характеру работы материала, из которого выполнены фундаменты, они бывают жесткие, работающие в основном на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание. Жесткие фундаменты выполняются из бутового камня, бетона или бутобетона, а гибкие – из железобетона.
По способу изготовления различают сборные и монолитные фундаменты. В промышленном строительстве предпочтение отдают сборным фундаментам, так как они отвечают требованиям индустриализации, сокращают сроки строительства и наиболее экономичны.
Для защиты фундаментов, наружных стен и колонн от увлажнения атмосферными водами вокруг здания устраивают отмостки шириной не менее 0,5 м с уклоном 0,03-0,1 от здания.
Ленточные фундаменты возводят под каменные несущие стены из бута, бутобетона. Они могут быть из сборного и монолитного бетона и железобетона. Их принято делать несколько шире проектных размеров несущих конструкций. Образующийся выступ называется обрезом, и он равен 100-150 мм.
В поперечном сечении ленточные монолитные фундаменты могут иметь форму прямоугольника (при небольших нагрузках на фундамент), трапеции или быть ступенчатыми. Благодаря этому уменьшается давление на единицу площади основания.
В промышленном строительстве применяются бутобетонные и бетонные фундаменты, так как бутовые не отвечают современным требованиям индустриального строительства. В наибольшей степени требованиям индустриализации отвечают сборные бетонные и железобетонные фундаменты из крупных блоков.
Сборные фундаменты состоят из железобетонной подушки, прямоугольной или трапецеидальной, укладываемой на песчаную подготовку, и вертикальной стенки из бетонных блоков прямоугольной формы. Блоки-подушки имеют толщину 300 и 400 мм и ширину от 800 до 2800 мм, а стеновые блоки выпускают шириной 300, 400, 500 и 600 мм. Из этих же конструкций возводят стены подвалов. Часто блоки-стенки изготовляют пустотелыми с целью экономии материалов.
Столбчатые фундаменты возводят в производственных каркасных зданиях в качестве опор под отдельно стоящие колонны. Выполняются они из монолитного или сборного железобетона и имеют в плане квадратную, реже прямоугольную форму. Нижняя часть фундамента имеет ступенчатое очертание.
Для сборных железобетонных колонн применяют столбчатые фундаменты стаканного типа. Стаканом называется гнездо, расположенное в верхней части фундамента. Глубина стакана должна быть не меньше наибольшего размера сечения колонны. Зазор между колонной и стенками стакана заполняют бетоном на мелком заполнителе.
Обрез фундамента располагается на уровне планировочной отметки земли. Она принимается на 150 мм ниже уровня чистого пола. Под пристенные колонны, расположенные у наружных стен, устраивают столбчатые фундаменты такой же конструкции.
В каркасно-панельных зданиях и в зданиях с самонесущими стенами на столбчатые фундаменты укладывают железобетонные фундаментные балки, на которые опираются стены (рис. 2.2). При большой глубине заложения фундаментные балки укладывают на консоли колонн или на бетонные столбики, а при малой глубине – непосредственно на выступы столбчатых фундаментов.
Фундаментные балки под наружные стены располагаются за наружной гранью колонны, а под внутренние – по линии осей колонны. Их поперечное сечение может быть тавровое, трапецеидальное и прямоугольное. Наиболее экономичны балки таврового сечения. Их изготовляют двух размеров – 6 и 12 м (между осями), причем последние имеют предварительно напряженную арматуру.
Высота фундаментных балок 300, 400, 450 и 600 мм, а ширина по верху 200, 260, 300, 400 и 520 мм. Это соответствует толщине наружных стен производственных зданий. Верхняя грань фундаментной балки должна быть расположена на 30 мм ниже уровня пола помещения. Гидроизоляцию укладывают на верхней грани фундаментной балки. Она состоит из двух слоев рулонного материала (рубероид, толь) на мастике. В сейсмических районах фундаментные балки устраиваются в виде сплошной железобетонной ленты.
Сплошные фундаменты устраивают в случаях, когда нагрузка на фундамент большая, а грунт, расположенный в основании, слабый. Конструктивно они решаются в виде железобетонной ребристой плиты, расположенной под всей площадью здания.
Свайные фундаменты используют в случаях, когда прочный грунт залегает глубоко. При благоприятных условиях ими заменяют сборные ленточные фундаменты при большой глубине заложения.
Устройство свайных фундаментов сокращает объем земляных работ, расход материалов и стоимость устройства фундаментов. Свайные фундаменты состоят из системы свай, покрытых сверху подушкой (ростверком) из монолитного или сборного железобетона. По характеру работы в грунте сваи бывают висячие и сваи-стойки.
Висячие сваи устраивают в случаях, когда прочный грунт расположен на большой глубине. Они передают грунту нагрузку от здания посредством трения, возникающего между сваями и уплотненным ими грунтом.
Сваи-стойки опираются концами непосредственно на нижележащие плотные грунты и передают им нагрузку от здания. Свайные фундаменты устраивают из забивных, набивных свай-оболочек и завинчиваемых свай. Сваи бывают деревянные, бетонные, железобетонные, стальные и грунтовые.
Дата добавления: 2015-03-07; просмотров: 1659;