Інженерно гелогічна оцінка території будівельних майданчиків.

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.

1. Вибір глибини закладання фундаментів з точки зору кліматичних умов будівництва.
2. Вибір глибини закладання фундаментів з точки зору конструктивних особливостей.
3. Розрахунок осідань фундаментів методом пошарового підсумовування

Інженерно гелогічна оцінка території будівельних майданчиків.

I. Інженерно-геологічні дослідження при виборі будівельного майданчика, виконуються з метою порівняльної оцінки можливих варіантів її розміщення (перша стадія вишукувань), включають в себе проведення наступних робіт.

 

Збір, систематизація й аналіз наявних геологічних, гідрогеологічних та інших матеріалів, включаючи дані про досвід місцевого будівництва по досліджуваному району.

 

Інженерно-геологічна рекогносцировка. При рекогносцировці проводиться маршрутне обстеження району і здійснюється проходка 1-2 розвідувальних виробок на кожному геоморфологічному елементі обстежуваної території, супроводжувана відбором зразків порід для подальших лабораторних досліджень по визначенню в основному класифікаційних показників властивостей грунтів. Глибина виробок визначається в залежності від типу спорудженні та складності інженерно-геологічних умов. Як правило, вона не перевищує 20 м.

 

З'ясування загальних відомостей з гідрогеології району та про найбільш високому

положенні рівня грунтових вод.

 

4. Камеральна обробка матеріалів та складання звіту.

 

II. На обраній площадці (друга стадія) вишукування проводиться з метою отримання інженерно-геологічних даних для складання генерального плану промислового підприємства (комплексу будівель цивільного будівництва) з урахуванням прогнозу можливої ​​зміни природних умов території в зв'язку з будівництвом і експлуатацією споруді (будівель).

 

До складу робіт входять: 1) інженерно-геологічна зйомка; 2) бурові, гірничопрохідницькі та геофізичні роботи; 3) польові дослідні інженерно-геологічні роботи; 4) гідрогеологічні дослідження; 5) лабораторні дослідження; 6) камеральні роботи і складання звіту.

 

Для інженерно-геологічного районування обраної площі з метою прийняття оптимальних проектних рішень проводиться інженерно-геологічна зйомка території в масштабах 1: 2000 - 1: 10000 в залежності від складності інженерно-геологічних умов і класу проектованих споруд та будівель.

 

Бурові, гірничопрохідницькі та геофізичні роботи виконуються з метою: 1) встановлення складу і потужності порід, особливостей їх залягання; 2) визначення глибини залягання грунтових вод; 3) відбору зразків породи і води для лабораторних досліджень; 4) проведення польових досвідчених інженерно-геологічних робіт і гідрогеологічних досліджень.

 

Кількість, глибина і розміщення виробок визначається їх призначенням, ступенем вивченості і складності досліджуваної майданчики, а також класом проектованих споруд. В залежності від складності інженерно-геологічних умов, характеру споруд та намічуваного розташування відстань між сусідніми виробками змінюється приблизно від 30 до 100-120 м.

 

На ділянках будівництва найбільш важких і відповідальних споруд (доменні печі, заводські труби і деякі інші) при складних інженерно-геологічних умовах глибина виробок може збільшуватися до 30 м., а в окремих випадках до 50 м. і більше.

1. Розподіл напружень під підовою фундаментів.
2. Види навантажень, що діють на основи і фундаменти.

При определении нагрузок на фундаменты и основания руководствуются СНиП 2.01.07 - 85 по нагрузкам и воздействиям (их рекомендации кратко излагаются ниже).

Нагрузки и воздействия делятся на постоянные и временные.

Постоянные нагрузки и воздействия прикладываются во время строительства и проявляются в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкций, давление грунта и т.п.).

Временные нагрузки и воздействия прикладываются или возникают в отдельные периоды строительства или эксплуатации, они могут уменьшаться или полностью исчезать. Различают длительные, кратковременные и особые нагрузки и воздействия. Ниппельными называют нагрузки, действующие продолжительное время (вес оборудования, нагрузка от складируемых материалов и т.п.). К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (от транспорта, включая краны, веса людей, снега, ветра и т.п.). Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, аварийные, от просадки основания при его замачивании и т.п.).

Различают следующие сочетания нагрузок:

Основные, состоящие из постоянных, длительных и кратковременных нагрузок или воздействий; из кратковременных учитывают те. которые способны вызвать рассматриваемый вид деформации (при учете двух и более крагковременных нагрузок их принимают с коэффициентом надежности по нагрузке у = 0,9).

Особые, состояшие из постоянных, длительных, возможных кратковременных и одной из особых нагрузок и воздействий.

, Различают нагрузки нормативные (максимальные типичные) и расчетные, получаемые путем умножения значения нормативной нагрузки на коэффициент надежности по нагрузке yf, учитывающий возможное отклонение нагрузки от типичного значения.

Расчеты основания по деформациям ведут на основные сочетания расчетных нагрузок yf = I. Когда рассчитывают осадки основания, сложенного медленно деформирующимися пылевато-гли-нистыми грунтами, целесообразно учитывать постоянные и длительные нагрузки и периодически действующие кратковременные нагрузки. Если же определяется неравномерность осадок, то при расчете важно получить наибольшую осадку одного фундамента и наименьшую — другого. При определении наименьшей осадки учитывают все постоянные нагрузки и только те временные, которые обязательно должны действовать в условиях нормальной эксплуатации сооружения.

1. Порядок проектування основ і фундаментів.

Проектування основ та фундаментів засноване на техніко-економічному порівнянні конструктивних рішень і виборі найбільш оптимального з них. При цьому ураховуються такі показники: вартість конструкції та трудомісткість її зведення, довговічність, технологічність та індустріальність, можливість зведення взимку, збереження природної структури ґрунту та ін. Рекомендується такий порядок проектування.
1. Підраховують навантаження та впливи, які діють на фундамент, і визначають найбільш несприятливе їх сполучення.
2. Аналізують інженерно-геологічні умови будівельного майданчика та району будівництва.
3. При необхідності визначають нормативні та розрахункові характеристики ґрунтів основи.
4. Складають ескізи, суміщені з геологічним розрізом, найбільш імовірних типів фундаментів з урахуванням типа споруди, діючих навантажень та фізико-механічних властивостей ґрунтів.
5. Визначають несучі шари основи для вибраних типів фундаментів.
6. Виконують попередній розрахунок прийнятих типів фундаментів.
7. Підраховують техніко-економічні показники варіантів та вибирають найбільш оптимальний з них.
8. Виконують остаточний розрахунок вибраного варіанта фундаменту.
Такого порядку проектування дотримуються не завжди. В одному випадку деякі розрахунки відпадають, в іншому - виконуються додаткові перевірки та повторні розрахунки. За інших рівних умов найбільш суттєвими є показники вартості та трудомісткості зведення фундаментів. У цьому плані різні типи фундаментів неодноманітні. Наприклад, монолітні стовпчасті та стрічкові фундаменти за трудомісткістю практично завжди поступаються перед фундаментами із забивних паль, проте за вартістю матеріалу конструкції пальові фундаменти, як правило, програють.

Вибір того чи іншого типу фундаменту в такому випадку залежить від призначення об'єкта, що будується, та можливостей будівельної організації. Якщо скорочення строків будівництва дає суттєвий економічний ефект, то перевагу надають фундаментам з найменшою трудомісткістю, яка забезпечує максимальну швидкість зведення.

1. Види навантажень що діють на основу.
2. Оцінка будівельі споруд за жорсткістю. Види деформацій будівель і споруд.

За жорсткістю та характером деформування усі споруди розділені на три типи: абсолютно жорсткі, абсолютно гнучкі, та ті, що мають cкінчену жорсткість.

 

Абсолютно жорсткі споруди не можуть викривлятися. При симетричному завантаженні та симетричній піддатливості основ їхнє осідання буде рівномірним, а при нерівномірній деформації основи вони одержують крен без вигину конструкцій (димові труби, доменні печі, силосні корпуси та ін.). Ці споруди взаємодіють з основами таким чином: у місцях більшої піддатливості основи тиск під підошвою фундаменту зменшується, а при меншій - збільшується. Внаслідок перерозподілу тиску зменшується нерівномірність осідання поверхні ґрунту основи. У той же час перерозподіл тиску сприяє розвитку в абсолютно жорстких спорудах додаткових зусиль, які в більшості випадків не є небезпечними для них, тому що конструкції часто мають чималий запас міцності на вигин.

 

Абсолютно гнучкі споруди безперешкодно переміщуються услід за поверхнею ґрунтів основи в усіх точках контакту з нею. При цьому у випадку розвитку нерівномірного осідання в конструкціях не виникають додаткові напруження. До таких споруд відносяться земляні насипи. Їх нерівномірне осідання не викликає ускладнень під час будівництва та експлуатації. Для одержання проектних відміток насипу його роблять вище на величину очікуваного осідання, тобто придають насипу будівельний підйом.

 

До споруд скінченої жорсткості відносяться більшість будинків та багато інженерних споруд. Такі будівлі та споруди при розвитку нерівномірного осідання одержують викривлення. У той же час вони частково зменшують нерівномірність осідання, оскільки тиск під підошвою фундаментів у деякій мірі перерозподіляється. У несучих конструкціях таких споруд розвиваються додаткові зусилля, які, нажаль, досить часто не враховують при проектуванні цих конструкцій, внаслідок цього в несучих конструкціях можливе виникнення тріщин. Щоб запобігти цьому, при проектуванні фундаментів та надземних конструкцій необхідно приділяти увагу оцінці сумісної роботи ґрунтів основи та несучих конструкцій споруди.