Столбчатые бесстаканные фундаменты под кирпичную стену

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

Ленточные фундаменты

Под кирпичные стены иногда назначают непрерывными.

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.

Массивные фундаменты

- фундаменты массивных сооружений с массивной подземной частью (фундаменты плотин, мостовых опор, доменных печей, дымовых труб, под машинное оборудование с динамическими нагрузками). Они создают большую инерцию, препятствуют колебаниям, уменьшают амплитуду, скорость, ускорение колебаний и т.д.

По способу устройства фундаментов в котловане различают:

- монолитные

- сборные

Тип и глубина заложения фундамента зависят от инженерно-геологических условий площадки строительства.

Схематично все грунты условно делят на слабые и надежные (хорошие).

К хорошим относятся грунты со сравнительно высокими значениями φ,c и Е, при которых подошва фундаментов рассматриваемого сооружения не требует больших выносов за габариты несущей конструкции, а осадки фундаментов заведомо меньше предельных.

Надежные, слабые грунты это понятия относительные. Если сооружение легкое или его конструкции допускают развитие больших неравномерных осадок, то для него даже сильно сжимаемые грунты будут относиться к категории надежных, а для тяжелых сооружений и при возведении конструкции, не допускающих неравномерных осадок, считаются слабыми грунты обладающие средней сжимаемостью и считающимися хорошими в основании обычных сооружений.

Схемы деления грунтов

Различают три схемы деления грунтов.

1 – надежный грунт

2 – слабый грунт

Рис 7.1

I – с поверхностью на большую глубину залегают надежные грунты. Может быть несколько слоев, строительные качества которых не ниже качества верхнего слоя толщи.

Решение: принимаем минимально допустимую глубину заложения подошвы фундамента. Иногда можно принять за несущий слой (где находится подошва фундамента мелкого заложения) более плотный грунт, залегающий на некоторой глубине (если это экономичнее).

Рис 7.2

1 – надёжный грунт среднего качества

2 – более плотный грунт

II – с поверхности на некоторую глубину залегает один или несколько пластов слабых грунтов, ниже которых располагается толща надежных грунтов.

Решения:

а) Прорезка слабых грунтов и передача нагрузки на слои надежных грунтов;

б) если качество надежного грунта высокое, сооружение можно опереть столбы;

в) или сваи;

г) сваи различной длины в зависимости от качества надежных грунтов – легкие сооружения можно возводить на сваях, передающих нагрузку на слабые грунты;

д) слабые грунты могут быть уплотнены, заменены или закреплены.

Рис 7.3

III – на некоторой глубине слоистой толщи залегает один или несколько пластов слабых грунтов.

Решение: приемлемы решения схемы 2, но приходится прорезать и верхний слой надежного грунта. Верхний слой можно использовать в качестве распределительной подушки (1) или закрепить только слой слабого грунта (2).

Рис 7.4

1 – «надежный» грунт

2 – слабый грунт

3 – зона закрепления

4 – эпюра напряжений

Свайные фундаменты. Область применения. Классификация свай.

В тех случаях, когда в верхней части основания находятся слабые грунты, возникает необходимость в передаче давления от сооружения на более плотные (надежные) грунты, залегающие на некоторой глубине. В таких случаях устраивают свайные фундаменты.

Свая – длинный стержень, который забит или погружен в грунт каким-либо другим способом.

Рис 7.5

Лекция 8 – 17.05.12

Для того, чтобы все сваи работали одновременно их объединяют ж/б плитой или балкой, которая называется ростверком, который обеспечивает распределение нагрузки на сваи и приблизительно равномерность осадки или при несимметричном загружении – осадку с креном.

Различают три типа свайных ростверков:

- низкий

- повышенный

- высокий

Рис 8.1

Конструкции свай с низким ростверком состоит из совместно работающих ростверков, свай и грунта в межсвайном пространстве. В этих конструкциях сваи полностью погружены в грунт и работают преимущественно на сжатие. Сваи с высоким ростверком является своеобразными инженерными сооружениями (мосты и их опоры, причалы, пирсы и т.п.), в которых сваи могут работать на изгиб и внецентренное сжатие и растяжение. Эти конструкции рассчитываются как плоские или пространственные рамы, у которых ростверк принимают за жесткий или гибкий ригель, а свая, заглубленная часть которых является фундаментом, за вертикальные или наклонные гибкие стойки.

Заделка свай в ростверк (монолитная и жесткая заделка)

Рис 8.2

1 – свая

2 – ростверк

3 – песчаная подготовка

4 – выпуск арматуры из сваи

5 – арматурная сетка

Классификация свай

· По материалу

- ж/б

- бетонные

- деревянные, реже металлические

· По способу устройства

- погружаемые в грунт (забивные)

- выполняемые непосредственно в грунте (набивные)

· По способу погружения

- забивные

- забивные с подмывом

- вибропогружаемые

- ввинчиваемые

Те сваи, которые выполняются в грунте: по способу устройства скважин и по способу уплотнения бетона в скважине.

Скважины устраиваются бурением или выштамповыванием с помощью металлического сердечника или ударноканатным бурением.

· По способу уплотнения бетона

- вибротрамбованные

- частотрамбованные

- пневмотрамбованные

- камуфлетные (взрывом)

- уплотненные обычной трамбовкой

· По форме поперечного сечения

- квадратные (ж/б)

- квадратные с отверстием (ж/б)

- трубчатой формы (ж/б)

- круглого сплошного сечения (деревянные и набивные бетонные)

- металлические

Рис 8.3

Металлические чаще всего трубчатого сечения, реже двутаврового (2 швеллера + лист).

Рис 8.4

· По форме продольного сечения

Рис 8.5

Пучение – возможность увеличения объема грунта при промерзании.

· По характеру работы

- висячие сваи (сваи трения) – сваи, которые окружены со всех сторон (в том числе и со стороны нижнего конца), сжимаемыми грунтами.

Рис 8.6

А – площадь опирания на грунт сваи

А₁ – площадь боковой поверхности сваи

- сваи-стойки –сваи, которые погружают всю толщу сжимаемых грунтов и опираются на прочный, практически несжимаемый слой грунта (скала, плотный или крупно-обломочный грунт или глинистый грунт твердой консистенции).

Рис 8.7

K_d – несущая способность сваи

Несущая способность сваи-стойки выше. Несущая способность одиночной сваи во много раз меньше нагрузки, поэтому (в большинстве случаев), передаваемой надземной конструкции, поэтому свайные фундаменты приходится делать из нескольких свай.

· В зависимости от размещения свай в плане:

- одиночные сваи

- ленточные свайные фундаменты с размещением свай рядами

- свайные кусты

- сплошное свайное поле

Одиночные сваи – принимают, когда нагрузки от колонн здания или стыка панелей воспринимает одна свая. Иногда сваи являются одновременно колоннами здания (такие называются сваями-колоннами).

Лекция 9 – 24.05.12

Ленточные свайные фундаменты – устраивают под стенами зданий и другими протяженными конструкциями.

Различают однорядное и многорядное (в 2..3 и более ряда) размещение свай.

Рис 9.1

При многорядном размещении свай свайный фундамент воспринимает не только вертикальную нагрузку, но и момент; при однорядном размещении свай внецентренно приложенная нагрузка вызывает изгиб свай.

В случае однорядного размещения свай под внутренними и наружными стенами здания, обладающего пространственной жесткостью, верхние части свай не могут испытывать изгиба, так как надподвальные перекрытия и пересечения стен препятствуют развитию деформаций изгиба в сваях.

Свайные кусты – это группы свай, обычно расположенные под отдельными конструкциями (например, под колоннами). Минимальное число свай в одном кусте – три. Иногда допускается делать свайные кусты из двух свай, если исключительно развитие свай в перпендикулярном направление по отношению к оси, проходящей через обе сваи.

(для одноэтажного промышленного здания минимальное количество свай в кусте четыре – по справочнику проектировщика)

Сплошное свайное поле – устраивают под тяжелыми сооружениями, когда сваи располагаются по некоторой сетке под все сооружением или его частью. На сплошное свайное поле опираются все конструкции этой части сооружения (колонны, стены, оборудование).

Свайным полем строители также называют систему свай, расположенных под сооружением, состоящую из одиночных свай, лент и свайных кустов.

Явление происходящее в грунте при погружении свай

При погружении свая вытесняет некоторый объем грунта, это приводит к уплотнению окружающего ее грунта, что обычно наблюдается в рыхлых и средней плотности песках, а также в ненасыщенных водой пылевато-глинистых грунтах. Но и даже в этих грунтах при забивке сваи вокруг нее может происходить небольшое поднятие дна котлована.

Глины и суглинка, в которых все поры заполнены водой, уплотняются только в результате отжатия поровой воды, но так как вода из таких грунтов отжимается очень медленно, во время погружения наблюдается лишь незначительное уплотнение грунтов в результате выдавливания воды из пор и отжатия ее вдоль ствола сваи вверх, а также вследствие упругих объемных деформаций воды, содержащей воздух. Основная же деформация грунта развивается в виде смещения его части в стороны и вверх, что приводит к поднятию дна котлована.

По характеру взаимодействия:

Отдельные сваи или куст

· При забивке сваи в водонасыщенные глинистые грунты структура грунта вокруг сваи нарушается и это приводит к таким последствиям:

а) если связи между частицами слабые, грунт водонасыщенный, то происходит разжижение грунта. При забивке сваи легко погружаются в грунт и несущая способность сваи сразу после забивки низкая.

После недельного перерыва вода из пор грунта отжимается, трение мжду грунтом и сваей увеличивается, несущая способность возрастает. Происходит «засасывание» сваи. Отказ сваи (погружение сваи от одного удала) будет меньше. Этот отказ называют действительным отказом.

б) при забивке свай в плотные, маловлажные глинистые грунты свая с трудом идет в грунт, сразу после забивки ее несущая способность очень высокая, а после перерыва несущая способность сваи уменьшается за счет явления ползучести и релаксации грунта, которые приводят к включению в работу дополнительного объема грунта с уменьшением напряжений в грунте непосредственно около сваи.

Исходя из вышесказанного. Несущую способность сваи определяют: после недельного отдыха – для супесей и песков; двухнедельного – для суглинков; не менее трёх недель – для глин.

Релаксация напряжений – явление уменьшения напряжений (расслабление напряжений) при постоянстве общей деформации.

· При кустовом расположении свай проявляется их взаимное влияние друг на друга. Степень этого влияния зависит от расстояния между сваями.

l ≥3d

l =3d

При этом необходимо выполнить расчет осадок свайного куста.

d – диаметр или сторона поперечного сечения сваи

l - расстояние между осями свай

Рис 9.2

Зоны влияния возникают отдельно от каждой сваи (от левой и от правой сваи) напряжения будут такими же как и от одной сваи, в результате происходит наложение и нужно учитывать суммарную эпюру напряжения.

Эффект наложения эпюр, это негативный фактор, так как в этом случае происходит:

1 – разрушение слабого грунта

2 – увеличение осадки по сравнению с осадкой одиночной сваи

- нормальное вертикальное напряжение в основании

Расчет свайных фундаментов на горизонтальную нагрузку

Рис 9.3

Если свая загружена горизонтальной нагрузкой или моментом, она подвергается изгибу (а). Смещению сваи в горизонтальном направлении препятствует грунт, оказывая сопротивление (б). При таком смещении сваи грунт уплотняется, сопротивление его всё возрастает и в самых поверхностных слоях наблюдается выпор грунта. Поэтому определить сопротивление сваи при воздействии горизонтальной нагрузки сложно.

Чаще всего расчет ведется по деформациям, так как сооружения, как правило, не допускают существенных горизонтальных смещений. В качестве допустимого принимают смещение, равное 1см. с целью увеличения жесткости системы «ростверк-свая» голову сваи прочно заделывают в ростверке (горизонтальное смещение сваи уменьшается).

Расчет свай, воспринимающих горизонтальную нагрузку, приводится в приложении 1 СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты.

Лекция 10 – ДЗ.05.12

Деформации грунтов. Их виды.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости сооружения возникают деформации и перемещения следующих простейших видов:

• прогиб,

• выгиб;

• перекос;

• крен;

• скручивание;

• горизонтальные перемещения фундаментов.

Прогиб (рис 10.1) и выгиб (рис 10.2) связанны с искривлением сооружения. При прогибе наиболее опасная зона растяжения находится в нижней части, при выгибе – в верхней. Чем большей жесткостью обладает сооружение, тем большие усилия при тех же грунтовых условиях появляются в конструкциях и тем меньше величина прогиба или выгиба.

Рис 10.1

Рис 10.2

Перекос (рис 10.3) возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции.

Рис 10.3

Крен (рис 10.4) – поворот по отношению к горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента. Он возможен, если основание сооружения загружено несимметрично или имеет несимметричное напластование грунтов относительно вертикальной оси сооружения.

Рис 10.4

Скручивание (рис.5) возникает при неодинаковом крене сооружения по его длине, особенно при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороны.

Рис 10.5

Горизонтальные перемещения фундаментов возможны, если опирающиеся на них конструкции передают значительные горизонтальные усилия (например, распорные конструкции, подпорные стенки), при подвижке массива грунтов в случае оползней откосов и подработке территорий.

Изменение осадок во времени – ВОЗМОЖНО НЕ НАДО

Осадки не заканчиваются за время строительства (исключение – чистые пески). Полная осадка для различных грунтов достигается в разное (иногда длительное: от нескольких лет до нескольких десятков и сотен лет) время.

На процесс протекания осадок во времени влияет как водопроницаемость грунтов (в условиях водонасыщния), так и ползучести скелета грунта, а та же деформируемость всех компонентов, составляющих грунт.

Наибольшие осади дают водонасыщенные пластичные и особенно текучепластичные (слабые) глинистые грунты. Осадки сооружений на этих грунтах могут достигать сотен сантиметров и протекать десятки и сотни лет.

График развития осадок во времени

Рис 10.6

Полному уплотнению соответствует полная стабилизированная осадка, а части уплотнения – осадка за время t. Степень консолидации (уплотнения) может быть получена из выражения: U=S_t/S,

Где S_t – осадка за данное время;

S – полная стабилизированная осадка.

или S_t=SU.

Для основного случая – равномерного распределения уплотнения давлений по глубине, осадку для любого времени t можно определить по формуле (4):

- коэффициент относительной сжимаемости грунта;

- коэффициент консолидации грунта;

1.Определение конечной осадки поверхности слоя грунта при сплошной нагрузке (одномерная задача уплотнения).

S=h·α·p или S=h·(β/E)·p, где:

α – коэффициент относительной сжимаемости;

β –коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта.

2. Метод линейно-деформируемого слоя

К.Е.Егоров

– коэффициент, зависящий от формы подошвы фундамента и H/b (определяемый по СНиП 2.02.01–83*);

– коэффициент бокового расширения грунта;

–среднее давление по подошве фундамента;

– коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений при наличии жесткого подстилающего слоя; kс→2Н/b=ζ/

E – модуль деформации грунта.

Н.А.Цытович.

Из ТУ → 3 поверхности линейно–деформируемого полупространства по формуле Шлейхера:

– коэффициент зависящий от формы площади загружения, жесткости фундамента и места расположения точки поверхности грунта, в которой определяется осадка.

Эквивалентный слой – h_e, осадка поверхности которого при сплошной нагрузке равна осадке фундамента:

– коэффициент эквивалентного слоя.

Эквивалентная эпюра – Цытович рекомендует заменять эпюры напряжений σ_zp сложных очертаний эквивалентной прямоугольной эпюрой. h_a=H=2h_e (активная зона).

Основные допущения

К.Е. Егоров

· Грунт –линейно-деформируемое тело;

· Деформации в слое грунта развиваются под действием всех компонентов σ;

· S фундамента равна средней поверхности слоя под действием местной равномерно распределенной нагрузки;

· Фундамент не обладает EI;

· Однородное полупространство, а EI подстилающего слоя учитывает kс.

Н.А. Цытович:

· Грунт однороден в пределах полупространства;

· Грунт – линейно–деформируемое тело;

· Деформации грунта в пределах пространства принимают по ТУ.

Осадки – деформации происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок, а в отдельных случаях и собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры.

Просадки – деформации, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких как например, замачивание осадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.п.

Отрицательное трение

Дата добавления: 2014-01-05