Внаслідок конструктивних особливостей, природних умов діяльності людини споруди в цілому та їх окремі елементи відчувають різного роду деформації.

 

У загальному випадку під терміном деформація розуміють зміну форми об'єкта спостережень. У геодезичної же практиці прийнято розглядати деформацію як зміна положення об'єкта відносно якого-небудь первісного.

 

Під постійним тиском від маси споруди грунти в підставі його фундаменту поступово ущільнюються (стискуються) і відбувається зміщення у вертикальній площині або осаду споруди. Крім тиску від власної маси, осаду споруди може бути викликана і іншими причинами: карстовими і зсувними явищами, зміною рівня грунтових вод, роботою важких механізмів, рух транспорту, сейсмічними явищами і т.п. При докорінній зміні структури пористих і пухких грунтів відбувається швидко що протікає в часі деформація, звана просадкою.

 

У тому випадку, коли грунти під фундаментом споруди стискаються неоднаково або навантаження на грунт різна, осаду має нерівномірний характер. Це призводить до інших видів деформацій споруд: горизонтальним зміщенням, зрушень, перекосів, прогинам, які зовні можуть проявлятися у вигляді тріщин і навіть розломів. p align="justify"> Зсув споруд у горизонтальній площині може бути викликано бічни м тиском грунту, води, вітру і т.п.

 

Високі споруди баштового типу (димові труби, телевежі і т.п.) відчувають кручення і вигин, що викликаються нерівномірним сонячним нагріванням або тиском вітру.

 

Для вивчення деформацій у характерних місцях споруди фіксують точки і визначають зміну їх просторового положення за обраний проміжок часу. При цьому певне положення і час приймають за початкові. p align="justify"> Для визначення абсолютних або повних осад S фіксованих на спорудженні точок періодично визначають їх позначки H щодо вихідного репера, розташованого в стороні від споруди й прийнятого за нерухомий. Очевидно, щоб визначити осадку точки на поточний момент часу відносно початку спостережень, необхідно обчислити різницю відміток, отриманих на ці моменти, тобто S = H тек -H поч. Аналогічно можна обчислити осадку за час між попереднім і наступним періодами (циклами) спостережень.

 

Середня осаду S ср всієї споруди або окремих його частин обчислюється як середнє арифметичне з суми осад всіх n його точок, тобто S ср =? S/n. Одночасно з середньою осадкою для повноти загальної характеристики вказують найбільшу S наиб і найменшу S наим опади точок споруд.

 

Нерівномірність опади може бути визначена по різниці осад? S < span align = "justify">-яких двох точок 1 і 2, т.е.? S 1,2 < i align = "justify"> = S 2 -S 1.

 

Крен і нахил споруди визначають як різницю осад двох точок, розташованих на протилежних краях споруди, або його частин уздовж вибраної осі. Нахил у напрямку поздовжньої осі називають завалом, а в напрямку поперечної осі - перекосом. Величина крену, віднесена до відстані між двома точками 1 і 2, називається відносним креном До. Обчислюється він за формулою K = (S 2 -S 1)/l.

 

Горизонтальна зміщення q окремої точки споруди характеризується різницею її координат x тек, y тек і x поч, y поч, отриманих у поточному та початковому циклах спостережень. Положення осей координат, як правило, збігається з головними осями споруди. Обчислюють зміщення в загальному випадку за формулами q x = x тек -x поч; q y = y тек -y поч. Аналогічно можна обчислити зміщення між попереднім і наступним циклами спостережень. Горизонтальні зрушення визначають і по одній з осей координат.

 

Крутіння щодо вертикальної осі характерно в основному для споруд баштового типу. Воно визначається як зміна кутового положення радіуса фіксованої точки, проведеного з центру досліджуваного горизонтального перерізу. p align="justify"> Зміна величини деформації за обраний інтервал часу характеризується середньою швидкістю деформації v ср. Так, наприклад, середня швидкість опади досліджуваної точки за проміжок часу t між двома циклами i і j вимірювань буде дорівнює v ср = (S j -S i)/t. Розрізняють середньомісячну швидкість, коли t виражається числом місяців, і середньорічну, коли t - число років, і т.д.

1. Оцінка інженерно-геологічних і гідрогеологічних умов площадки будівництва.
2. Проектування і розрахунок гнучких фундаментів за деформаціями.
3. Принципи проектування основ і фундаментів за граничними станами.
4. Класифікація фундаментів.

Класифікація фундаментів

За класифікацією фундаменти діляться на стовпчасті, стрічкові, плитні і пальові

Стовпчасті фундаменти виконують із штучних матеріалів: каменю, цегли, бетону, дерев'яних і залізобетонних стовпів, металевих і азбестоцементних труб. За витратами матеріалів та трудових витрат стовпчасті фундаменти в 1,5-2 рази дешевше стрічкових. Особливо ефективно їх застосовувати в пучинистих грунтах при їх глибокому промерзанні.

Стрічкові фундаменти зазвичай застосовують для будівель стя-желимі стінами та перекриттями, а також при наявності підвалу або теплого підпілля. Їх влаштовують при дрібному закладення на сухих грунтах непучиністих. У цьому випадку вони стають як би заглибленим цоколем, а по витраті матеріалів і трудовитрат наближаються до стовпчасті фундаменти.

Конструкція мілкозаглублених бетонних стрічкових фундаментів з фундаментними блоками, поєднують функції цоколя, з подушкою шириною на 40-50 см більше ширини фундаменту знижує витрату бетону на 50% і трудомісткість зведення – на 40%.

Плитні фундаменти є різновидом дрібно-заглиблених стрічкових, проте на відміну від них мають жорстке просторове формування по всій несучої площині. Конструкція плитних (плаваючих) фундаментів – суцільна або решітчаста залізобетонна плита. Рекомендується для застосування на пучинистих, рухомих і просадних грунтах.

Пальові фундаменти застосовують для передавання навантажень у слабких і сильно стискаються грунтах (пливуни і т.д.), в районах вічної мерзлоти, а також при великих навантаженнях на основу. Вони складаються з сбаі і ростверку (плита, в яку закладені кінці паль). Палі можуть спиратися на твердий фунт (палі-стійки) або бути висячими, тобто передавати навантаження на грунт за рахунок тертя по бокових поверхнях палі.

Конструкції стовпчастих і стрічкових фундаментів виконують з різних будівельних матеріалів в нерухомих і пучинистих грунтах.

1. Проектування центрально навантажених стрічкових фундаментів.
2. Особливості проектування фундаментів під колони.
3. Граничні стани основ і фундаментів.
4. Розрахунок основ за несучою здатністю.
5. Конструкції фундаментів мілкого закладання.

30. Конструкції фундаментів мілкого закладання.

А. Окремі фундаменти

Можуть виконуватися в монолітному або збірному варіанті. Представляють собою цегляні, кам'яні, бетонні або залізобетонні стовпи з уширенной опорною частиною.
- Фундаменти мають похилу бічну грань або, що частіше, розширюються до підошви уступами, розміри яких визначаються кутом жорсткості α (≈ 30-40 º), тобто граничним кутом нахилу, при якому в тілі фундаменту не виникають напруження розтягу.

Рис 10.3. Конструкція жорсткого фундаменту:

а - з похилими бічними гранями, б - уширяется до підошви уступами.

- Сполучення збірних колон з фундаментом здійснюється за допомогою склянки (фундаменти стаканного типу), монолітних колон - з'єднанням арматури колон з випуском з фундаменту, а сталевих колон - кріпленням черевика колони до анкерних болтом, забетонованих.

 

Рис 10.4. Збірний фундамент під колону:
а - з декількох елементів, б - з одного елемента; 1 - фундаментні плити; 2 - подколоннік; 3 - рандбалки; 4 - бетонні стовпчики; 5 - монтажні петлі.
- Розміри в плані підошви, ступенів і подколонніка монолітних фундаментів приймаються кратним 300 мм, а висота ступенів кратній 150 мм.
- При влаштуванні окремих фундаментів під стіни по обрізу фундаментів, а при необхідності і через додаткові опори, укладаються фундаментні балки (рандбалки), на які впираються підземні конструкції (рис 10.4.а).
- У тих випадках, коли це можливо, збірний фундамент влаштовують з одного елемента (рис 10.4.б) або переходять на монолітний варіант фундаменту.
- З метою скорочення трудомісткості робіт з улаштування фундаментів і зменшення їх вартості створюються нові типи фундаментів, які у відповідних грунтових умовах виявляються більш економічними в порівнянні з традиційними типами.

Рис 10.5. Буробетонние (а), щілинні (б) і анкерні (в) фундаменти:
1 - колона; 2 - арматурний каркас, 3 - фундамент; 4 - подколоннік; 5 - плитна частина; 6 - бетонні пластини; 7 - анкери (буронабивні палі) d = 15-20см, l = 3-4м.

б. Стрічкові фундаменти
Під стіни: також влаштовують або зі збірних блоків, або монолітними.

Рис 10.6. Стрічкові фундаменти:
а - монолітний; б - збірний суцільний; в - збірний переривчастий; 1 - армована стрічка; 2 - фундаментна стіна; 3 - стіна будівлі, 4 - фундаментна подушка; 5 - стіновий блок.
- Щоб зменшити об'єм залізобетону в тілі фундаменту, іноді застосовують ребристі залізобетонні блоки або плити з кутовими вирізами (рис 10.7).

Рис 10.7. Конструкції фундаментних плит:
а - суцільна; б - ребриста; в - з кутовими вирізами.
- Фундаментні стінові блоки (ФБС) виготовляють з важкого бетону, керамзитобетону або щільного силікатного бетону. Ширина блоків приймають рівною (або менше) товщині надземних стін, але не менше 30 см.
Надземні стіни не повинні виступати над фундаментними більш ніж на 15 см.
Висота типових стінових блоків становить 280 або 580 мм (20 на цементний шов).

- Для підвищення жорсткості споруди (вирівнювання осад, антисейсмічні заходи тощо) збірні фундаменти посилюють армованими швами або залізобетонними поясами, влаштованих поверх фундаментних плит або останнього ряду стінових блоків по всьому периметру будівлі на одному рівні.

Під колони: влаштовують у вигляді одиночних або перехресних стрічок і виконують, як правило, в монолітному варіанті із залізобетону. Можливо їх пристрій і в збірному варіанті у вигляді окремих блоків, що з'єднуються між собою з подальшим омонолічіваніем стиків. в. Суцільні фундаменти Виконуються, як правило, з монолітного залізобетону.
- За конструктивними особливостями розрізняють:
Плитні (гладкі, ребристі);
Коробчаті. (Див. ріс.10.8)

Рис 10.8. Суцільні фундаменти:
а - гладка плита зі збірними склянками; б - гладка плита з монолітними склянками; в - ребриста плита; г - плита коробчатого перетину.
- Товщину плити визначають розрахунком на моментні навантаження (від вигину у двох взаємно перпендикулярних напрямках) і виходячи з розрахунку на продавлювання в місцях обпирання колон.
- Обпирання колон здійснюється через збірні та монолітні стакани, ребристі плити з'єднуються з колонами за допомогою монолітних склянок або випусків арматури.
м. Масивні фундаменти
Виконуються в монолітному варіанті.
З метою скорочення обсягу бетону в тіло масивного фундаменту закладають пустообразователі.
При передачі на такий фундамент великих моментів (щогли, димові труби тощо) доцільно його посилення анкерами, що дозволяє підвищити стійкість споруди, зменшити його розміри і масу.

Рис 10.9. Масивний фундамент з пустообразователямі:
1 - фундамент, 2 - пустообразователі.

 

1. Вибір глибини закладання фундаментів з точки зору інженерно геологічних умов.

Розглянемо, як визначити глибину закладення фундаменту, залежно від гідрогеологічних і геологічних умов. Для цього потрібно слідувати декільком правилам.

• Несучий шар грунту потрібно вибирати з урахуванням нашарування поверхні, фізичного стану, розмірів граничних осад, стійкості основи, а також способу спорудження фундаменту.

• Необхідно передбачити врізку фундаменту в несучий шар на величину від 10 до 50 см.

• У разі якщо стисливість верхнього шару грунту набагато більше стисливості шару, підстилаючого його, то небажано залишати під підошвою підстави шар малої потужності.

• Потрібно закладати фундамент вище рівня грунтової води для запобігання водовідливу, а також для збереження первинної структури грунту.

• Якщо глибина залягання буде нижче грунтової води, тоді необхідно вирішити питання, що стосується збереження структури грунту в основі під час риття котловану та будівництва фундаменту.

• Глибина фундаменту для колон і стін будівель, в конструкцію яких входять неопалювані підвали, повинна починатися від підлоги підвалу і дорівнює половині глибини промерзання, визначеної розрахунковим шляхом.

• Перед початком промерзання, під час оцінювання рівня грунтових вод, потрібно врахувати також можливість появи верховодки, яка виникає найчастіше в дуже дощову осінь.

Важливо! Якщо розрахунок глибини закладення фундаменту показав значення, менше нормативної глибини промерзання, тоді потрібно захистити цей грунт від промерзання в будівельний період, а також від зволоження поверхневими водами.

Якщо глибина залягання підстави призначена менше розрахункової глибини промерзання, тоді грунт повинен бути захищений від поверхневих вод протягом всього будівельного періоду, а також періоду експлуатації підстави.

Мінімально можлива заглиблених ПІДСТАВИ

Якою має бути мінімальна глибина? Вона визначається глибиною промерзання грунту, розташуванням грунтових вод і ступенем пучиністості. Залежність пряма: чим більше води в грунті і чим вона ближче до поверхні, тим більшою буде глибина промерзання і сильніше буде сила обдимання, яка діє на фундамент по дотичній, знизу і збоку. Ці сили намагатимуться виштовхнути фундамент на поверхню і таким чином будуть його здавлювати. Для того щоб знизити дію цих сил потрібно його заглибити.

Крім заглиблення фундаменту, сили обдимання можна зменшити, якщо утеплити грунт за допомогою споруди спеціальної утепленої опалубки для підстави. Також можна повністю або частково змінити грунт, ущільнити його, дренувати або створити систему водовідведення. За нормами СНиП, глибина закладення фундаменту має мінімальне значення, яке може бути різним для кожної країни. Наприклад, у Великобританії цей показник становить 0,45 м, у нас - 0,5 м. Якщо грунт скельний і фізично просто неможливо заглибити фундамент, тоді його можна влаштувати безпосередньо на поверхні, тобто без заглиблення.

1. Розрахунок основ за деформаціями.

7.6.1 Розрахунок за деформаціями основ повинен виконуватись із метою обмеження абсолютних чи відносних переміщень об'єкта (фундаменту) сумісно з основою такими межами, за яких забезпечуються експлуатаційні якості та довговічність об'єкта, унеможливлюються прояви недопустимих осідань, підйомів, кренів, змін проектних рівнів і положень конструкцій, розладнання їх з'єднань тощо.

Міцність, деформативність і тріщиностійкість фундаментів і надфундаментних конструкцій повинні перевірятись розрахунком на зусилля, які виникають при взаємодії об'єкта з основою.

При проектуванні об'єктів, що зводяться у безпосередній близькості від існуючих, необхідно враховувати можливі додаткові деформації основ існуючих об'єктів від навантажень і впливів, які передаються на них спорудами, що проектуються, згідно з підрозділом 11.3.

7.6.2 Деформації основи в залежності від причин їх виникнення підрозділяють на:

-деформації від зовнішнього навантаження, яке передається на основу фундаментами (ФПЧ) і викликає їх переміщення разом з основою: осідання, горизонтальні зміщення (розпірні фундаменти, підпірні і утримуючі конструкції, підземні частини споруд, що контактують з основами тощо);

- деформації, що не пов'язані з зовнішнім навантаженням на основу, передаються на (через) фундаменти як впливи від нерівномірних деформацій основи (земної поверхні) внаслідок підробки, просідання від власної ваги грунту, набрякання чи здимання грунту, зсувів, карстопроявів, сейсмічних чи динамічних коливань тощо. Впливи проявляються у вигляді вертикальних та (чи) горизонтальних переміщень контактної поверхні основи з фундаментами (мульди осідання, провали, уступи, просідання, підняття і осідання, горизонтальні деформації) чи додаткових навантажень (при зсувах).

7.6.3 Розрахунки споруди за деформаціями основи повинні виконуватись виходячи з умови їх сумісної роботи.

Розрахунки за деформаціями основ допускається виконувати без урахування спільної роботи споруди і основи у випадках, обумовлених 7.2.2.

Розрахунок за деформаціями основ виконують виходячи з умови

s ≤ su (7.3)

де s – спільна деформація основи і споруди, яку визначають розрахунком згідно з 7.1.9, 7.1.10, підрозділом 8.3 та додатком Д;

su – граничне значення спільної деформації основи і споруди, що встановлюють згідно з підрозділом 7.9.

Під величинами s, suможе розумітись будь-яка з деформацій, вказаних у 7.6.5.

7.6.5 Спільна деформація основ і споруд характеризується:

-абсолютним осіданням (підйомом) s основи окремого фундаменту;

-середнім s і максимальним smaxосіданням споруди;

-відносною нерівномірністю осідань (підйомів) двох фундаментів (Δs/L), (L - відстань між фундаментами);

-креном фундаменту (споруди) і;

-відносним прогином чи вигином f/L, L - довжина ділянки вигину чи прогину;

-кривизною ділянки споруди, що згинається, ρ;

-відносним кутом прогину; закручування спорудиΘ;

-горизонтальним переміщенням фундаменту (споруди) u.

7.6.6 При розрахунках фундаментів за деформаціями основ необхідно враховувати можливість зміни як розрахункових, так і граничних значень деформацій основи за рахунок застосування інженерних заходів, передбачених проектом згідно з додатком К.

7.6.7 Розрахунок фундаментів за деформаціями основи слід виконувати на основі лінійних чи нелінійних розрахункових моделей згідно з 7.1.10, 7.1.11.

Лінійні моделі застосовуються при дотриманні критерію

σ ≤ σR –- у загальному випадку або р≤ R, (7.4)

де σR – див. 7.1.6;

р або σ – середній тиск або напруження безпосередньо під підошвою фундаменту;

R – розрахунковий опір грунту основи під підошвою фундаменту згідно з 7.7.1.

7.6.8 Розрахункова схема основи для визначення спільних деформацій основи і будівлі, повинна вибиратись згідно з 7.1.9.

Розрахунок деформацій основи при дотриманні вимог 7.6.8 слід виконувати із застосуванням розрахункової схеми у вигляді лінійно-деформованого півпростору з умовним обмеженням глибини стисливої товщі Нс або збільшеної товщі Нсдо підошви слабких чи структурно нестійких грунтів згідно з Д. 10.

Примітка.Деформації основи повинні визначатись з урахуванням змін властивостей грунтів в результаті природних чи техногенних впливів на грунти.

7.6.9 При напруженні (тиску) під підошвою фундаментів, яке перевищує напруження, що відповідає розрахунковому опору R або 1,2R у випадках, обумовлених Е. 10, деформації основи слід визначати з урахуванням фізичної нелінійності деформування грунту.