Для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Часть II

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Главы Ф.1-Ф.21

Ф.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ*

Ф.1.1. Что называется основанием зданий и сооружений?

Основанием зданий и сооружений называется массив грунта, находящийся ниже подошвы их фундаментов и воспринимающий нагрузку от фундаментов и надземных конструкций.

Ф.1.2. На какие виды можно подразделить основания?

Основания можно подразделить на нескальные и скальные. Нескальные основания представляют собой массивы, сложенные крупнообломочными, песчаными и пылевато-глинистыми грунтами. Крупнообломочные и песчаные грунты, не имеющие структурных связей, называются сыпучими грунтами.

Скальные основания сложены магматическими, метаморфическими и осадочными грунтами, прочность которых на одноосное сжатие изменяется от 5 до 50 МПа.

Ф.1.3. Можно ли с помощью классификационных показателей оценить прочность и сжимаемость нескальных грунтов основания?

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу и по степени влажности.

К крупнообломочным относятся грунты, у которых частицы диаметром более 2 мм составляют 50 % и более. Частицы песчаных грунтов имеют диаметр менее 2 мм. По ГОСТу песчаные грунты подразделяются на: песок гравелистый, песок крупный, песок средней крупности, песок мелкий и песок пылеватый.

Вторым классификационным показателем для песчаных грунтов является коэффициент пористости, который характеризует плотность сложения. По плотности сложения различают пески плотные, средней плотности и рыхлые. По величине коэффициента пористости во многом можно судить и о прочности песчаного основания. При 0,5 £ e £ 0,6 песок является хорошим основанием, а при e > 0,7 основание в естественном состоянии обладает значительной сжимаемостью.

Третьим классификационным показателем крупнообломочных и песчаных грунтов является степень влажности Sr. По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются на маловлажные (0 < Sr £ 0,5), влажные (0,5 < Sr£ 0,8) и насыщенные водой (0,8 < Sr£ 1).

Поэтому, если в основании залегают песчаные грунты, то их полное наименование определяется тремя классификационными показателями. Например, по результатам гранулометрического анализа песок отнесен к категории песка мелкого. Если теперь известно, что e = 0,6 и Sr=0,7, то полным наименованием является: песок мелкий, плотный, влажный.

Нескальные основания, сложенные пылевато-глинистыми грунтами (супеси, суглинки и глины), обладают большими специфическими особенностями по сравнению с песчаными. Наличие органических веществ, солей, карбонатов, минералов монтмориллонита и каолинита в глинистых грунтах вызывает при замачивании явления просадки или набухания.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности Ip, и показателю текучести IL. По числу пластичности различают следующие пылевато-глинистые грунты: супеси (1 £Ip £ 7), суглинки (7

Основное назначение песчаной подготовки устранить неровности в плоскости контакта подошвы фундамента и грунта основания, образующиеся при разработке котлована. При этом устраняется возможность смятия грунта и тем самым выравниваются контактные напряжения по подошве фундамента.

Песчаная подготовка устраивается в глинистых грунтах. В песчаных грунтах при устройстве монолитных железобетонных фундаментов роль песчаной подготовки выполняет слой из тощего бетона, называемый подбетонкой. Толщина подбетонки принимается равной 100-150 мм.

Целесообразно возводить фундаменты на промежуточной подготовке переменной жесткости в плане (рис.Ф.9.24). В этом случае эпюра контактных давлений трансформируется таким образом, что наибольшие давления на грунт концентрируются под бетонной частью подготовки.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис.Ф.9.24. Фундамент на промежуточной подготовке: 1 — эпюра контактных давлений; 2 — рыхлый песок; 3 — бетон; 4 — фундамент

31. В чем отличие центрально и внецентренно нагруженных фундаментов?

Центрально нагруженными называют фундаменты, у которых центр тяжести подошвы и внешней нагрузки находятся на одной вертикали (рис.Ф.9.26,а).

Внецентренно нагруженными называют фундаменты, у которых внешняя нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно центра тяжести подошвы фундамента (рис.Ф.9.26,б).

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис.Ф.9.26. Центрально (а) и внецентренно (б) нагруженные фундаменты. Эпюры реактивных давлений под подошвой фундаментов при различном эксцентриситете внешней нагрузки

Для ленточных и столбчатых фундаментов из-за их большой жесткости реактивные (контактные) давления под подошвой принимаются распределенными равномерно у центрально нагруженных фундаментов или изменяющимися по трапецеидальному закону у внецентренно нагруженных фундаментов. В некоторых случаях при большой величине эксцентриситета внешней нагрузки эпюра реактивных давлений может иметь треугольное очертание.

Для характеристики формы эпюры реактивных давлений под подошвой фундамента используется величина относительного эксцентриситета вертикальной нагрузки на фундамент (рис.Ф.9.26).

При = 0 эпюра реактивных давлений прямоугольная, при 1/6треугольная с нулевой ординатой в пределах части подошвы, то есть при этом происходит частичный отрыв подошвы от грунта. Последнее состояние допускается только на стадии монтажа строительных конструкций.

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

Классификация фундаментов

● Фундаменты, так же как и перекрытия, являются неотъемлемой частью любого здания. В подавляющем большинстве случаев их выполняют из железобетона. Они передают нагрузку от опирающихся на них колонн или стен на основание. Фундаменты бывают трех типов: отдельные — под каждой колонной (рис. 10.1, а), ленточные — под рядами колонн в одном или двух направлениях (см. рис. 10.5), а также под стенами (рис. 10.1, б), сплошные — под всем сооружением (рис. 10.1, в). Тип фундамента выбирают из сопоставления их стоимости, расхода материалов и трудовых затрат с учетом эксплуатационных и конструктивных требований. Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках, хороших грунтах и достаточно редком расположении колонн. При больших нагрузках и относительно слабых грунтах делают ленточные фундаменты. Последние особенно целесообразны при неоднородных грунтах и различных по величине нагрузках. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна, то устраивают сплошные фундаменты.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис. 10.1. Типы железобетонных фундаментов

Отдельные фундаменты

Центрально-нагруженные фундаменты. Эти фундаменты проектируют квадратными в плане.

●По форме они могут быть ступенчатыми (рис. 10.2, а) или пирамидальными (рис. 10.2, б). Последние экономичнее по расходу материалов, но сложнее в изготовлении и применяются реже.

Обычно фундаменты проектируют так, чтобы нулевой цикл строительных работ мог быть закончен до монтажа колонн и произведена обратная засыпка грунта. Для этого верх фундамента располагают на 15 см ниже уровня чистого пола. Устанавливают фундаменты на естественный грунт, бетонную, щебеночную или песчаную подготовку толщиной 10 см.

●По способу изготовления различают фундаменты сборные и монолитные, в большинстве случаев применяют монолитные фундаменты. Сборные устраивают, когда они невелики по размерам, в сложных геологических или суровых зимних условиях, а также когда применение их сокращает сроки строительства и дает экономию.

Монолитные фундаменты выполняют из бетона классов В12,5…В15, сборные-ВI5…B20. Центрально-нагруженные фундаменты армируют сварными сетками классов А-II, А-III с одинаковой арматурой в двух направлениях. Шаг стержней обычно принимают 150…200мм, диаметр — не менее 10 мм. Минимальная толщина защитного слоя при возведении монолитного фундамента на бетонной подготовке — 35 мм, при ее отсутствии — 70 мм, для сборных фундаментов — 30 мм.

Сборные фундаменты проектируют под сборные колонны, монолитные фундаменты — как под сборные, так и под монолитные. Сборные колонны жестко заделывают в специальные гнезда — стаканы, оставляемые в фундаменте при бетонировании (рис. 10.2, а, б). Закрепление колонн в стакане осуществляют посредством заливки цементного раствора, между стенкой и колонной. Для жесткого соединения монолитных колонн с фундаментами из последних выпускают арматуру с площадью сечения, равной расчетной площади арматуры колонны у обреза фундамента (рис. 10.2, в). Выпуски арматуры фундамента стыкуют с арматурой колонны дуговой сваркой или внахлестку, без сварки. Стыки устраивают выше уровня пола. В пределах фундамента выпуски арматуры соединяют в каркасы хомутами и доводят до бетонной подготовки.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис. 10.2. Отдельные центрально нагруженные фундаменты:

а — монолитный под сборную колонну;

б — сборный под сборную колонну;

в — монолитный под монолитную колонну.

Расчет фундамента состоит из двух частей: расчета основания (определяют форму и размеры подошвы) и тела фундамента (высоту фундамента, размеры его ступеней и сечения арматуры).

Расчет основания фундамента. Определение размеров подошвы фундамента производят при допущении, что реактивное давление на грунт по подошве фундамента распределяется по линейному закону, например при центральном нагружении по прямоугольной эпюре (рис. 10.3). В действительности распределение давления зависит от свойств грунта, жесткости фундамента и имеет более сложный характер. Однако, как показали исследования, принятое допущение упрощает расчет и не приводит к ошибкам.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис. 10.3. К расчету отдельных центрально нагруженных фундаментов:

1 — пирамида продавливания

Нагрузками, создающими давление на грунт, являются продольная сила Ncol, передаваемая колонной, и собственный вес фундамента, включая вес грунта на его ступенях Nfun. Площадь подошвы А должна быть подобрана так, чтобы среднее давление под подошвой не превышало расчетного давления на грунт R :

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Значение продольного усилия принимают с коэффициентом надежности по нагрузке γf=l, поскольку расчет основания производят по деформациям. Обозначив глубину заложения подошвы фундамента Н и принимая нагрузку от средней плотности материала фундамента и грунта на его ступенях γm = 20 кН/м3,из (10.1) получают

откуда

По найденной площади устанавливают размеры сторон подошвы фундамента, округляя их в большую сторону до значения, кратного 30см, если применяют металлическую инвентарную опалубку, и 10см при использовании неинвентарной опалубки.

Далее переходят к расчету прочности тела фундамента.

Расчет тела фундамента. Высоту фундамента определяют из условия его прочности на продавливание в предположении, что продавливание происходит по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонны и наклонены под углом 45° к вертикали* (рис. 10.3, а). В качестве расчетной продавливающей силы F принимают силу Ncol за вычетом отпора грунта р, распределенного по площади нижнего основания пирамиды продавливания. При квадратной колонне со стороной hcol площадь нижнего основания будет (hcol+2h0)2, тогда

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

где Ncol — расчетное продольное усилие, передаваемое колонной на фундамент, вычисляемое при γf>1; р— отпор грунта от расчетного продольного усилия без учета веса фундамента и грунта на его ступенях.

Условие прочности на продавливание имеет вид (6.3), где um — среднее арифметическое между периметрами верхнего и нижнего основания пирамиды продавливания,

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рабочая высота центрально-нагруженного фундамента с квадратной подошвой может быть вычислена по приближенной формуле, выведенной из условия (6.3) с учетом (10.3) и (10.4):

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

тогда полная высота фундамента будет h=h0+a (рис. 10.3, б).

Проверку фундамента на продавливание следует производить не только по всей высоте, но и под каждой из ступеней.

Если в стакан фундамента устанавливают сборную колонну, то его глубина (м) должна также удовлетворять конструктивным требованиям обеспечения жесткого защемления колонны в фундаменте и достаточной анкеровки продольной арматуры :

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

где lan — длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундамента, lan = (20…30)d.

Определив высоту фундамента из расчета на продавливание и конструктивных требований, принимают большую из них. При h≤450мм фундамент выполняют одноступенчатым, при 450мм900мм — трехступенчатым.

* Если основание пирамиды продавливания выходит за пределы основания фундамента, то расчет на продавливание не производят.

Причинами разрушения фундаментов под сборные колонны могут также быть продавливание дна стакана (см. рис. 10.2, а) и раскалывание фундамента (рис. 10.3, в). Это имеет место при отсутствии надежного сопряжения колонны с фундаментом из-за некачественного омоноличивания стыка и т. п. Проверку дна стакана на продавливание осуществляют по формуле (6.3), по аналогии с изложенным ранее. Проверку фундамента на раскалывание (рис. 10.3, в) делают из условия

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

где μ — коэффициент трения бетона по бетону, μ = 0,75; γ1 — коэффициент условия работы фундамента в грунте, γ1 = 1,3; A1 — площадь вертикального сечения фундамента в плоскости, проходящей по оси сечения колонны, за вычетом площади стакана.

Ступени фундамента работают под воздействием реактивного давления грунта р снизу, подобно консолям, заделанным в массив фундамента (рис. 10.3, б). Поскольку фундамент не имеет поперечной арматуры, высота нижней ступени должна быть также проверена на прочность по наклонному сечению по условию восприятия поперечной силы бетоном :

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

где правую часть неравенства принимают не менее 0,6Rbtbh0 и не более 2,5Rbtbh0; с — длина проекции рассматриваемого наклонного сечения (рис. 10.3, а).

Армирование фундамента по подошве определяют расчетом по нормальным сечениям 1—1, 2—2; значения изгибающих моментов в этих сечениях как для консольных балок:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Требуемую площадь арматуры, воспринимающую растягивающие напряжения при изгибе в сечении 1—1 на всю ширину фундамента, определяют из условия Mi-1 = RsAs1z1, приняв z1≈0,9h0:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

аналогично для сечения 2—2

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Из двух значений As1 и As2 выбирают большее, по которому и производят подбор диаметра и количества стержней. Вначале задаются шагом стержней, затем определяют их количество, на единицу больше числа шагов. Деля As на число стержней, получают требуемую площадь одного стержня, по которой подбирают диаметр. При ширине подошвы фундамента более 3м в целях экономии стали половину стержней можно не доводить до конца на 1/10 длины в каждую сторону.

Внецентренно нагруженные фундаменты. Фундаменты под внецентренно сжатые колонны испытывают воздействие нормальной силы N, изгибающего момента М и поперечной силы Q (рис. 10.4, а). При небольших моментах фундаменты проектируют квадратными в плане, при значительных — прямоугольными с большим размером в плоскости действия момента.

Требуемую площадь фундамента определяют предварительно по формуле (10.2) с коэффициентом 1,2…1,6, учитывающим влияние момента:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Вычислив площадь подошвы фундамента и задавшись соотношением сторон b/а = (0,6…0,8), определяют а и b. Затем находят максимальное и минимальное давление под краем подошвы в предположении линейного распределения напряжений в грунте (рис. 10.4, б…г):

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

где Ntot, Мtot — нормальная сила и изгибающий момент при γf = 1 на уровне подошвы фундамента,

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

e0 — эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести подошвы фундамента, e0=Mtot/Ntot; W — момент сопротивления подошвы фундамента, W=ba2/6.

Максимальное краевое давление pmax на грунт не должно превышать 1,2R (для исключения возникновения в грунте пластических деформаций), а среднее давление рm-R.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис. 10.4. Отдельный внецентренно нагруженный

фундамент с повышенным стаканом

В промышленных зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью более 75 т принимают pmin≥0,25pmax (см. рис. 10.4, б), а грузоподъемностью менее 75т — Ртш^О (см. рис. 10.4, в), т. е. не допускается отрыв фундамента от грунта. Последнее требование будет соблюдаться, если а≥6е0. В зданиях без кранов допускается выключение из работы не более 1/4 подошвы фундамента (см. рис. 10.4, г). Для уменьшения эксцентриситета при больших изгибающих моментах целесообразно сместить фундамент относительно колонны (см. рис. 10.4, д). Очевидно, при смещении на е0 фундамент будет нагружен центрально. Обычно принимают с = е0/2.

Высоту внецентренно нагруженного фундамента, как и центрально нагруженного, определяют из условия продавливания (10.5) и конструктивных требований (10.6). Высота нижней ступени и дно стакана должны быть проверены расчетом на продавливание; нижнюю ступень, кроме того, проверяют по условию (10.8) восприятия поперечной силы одним бетоном. Фундаменты под сборные колонны рассчитывают на раскалывание по обеим осям.

Для определения площади арматуры нижней части фундамента находят отпор грунта от расчетных нагрузок Ncol, Mcol, Qcol, передаваемых колонной без учета веса фундамента, при γf>1:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Затем вычисляют изгибающие моменты по граням колонны и уступов фундамента, как в консольной плите:

●в направлении действия момента — от среднего давления на этих участках (рис. 10.4, б): для сечения 1—1

где pm1 = (Pmax+P1)/2;

●в направлении, перпендикулярном плоскости действия момента, от давления pm = Ncol/(ab); для сечения 2—2

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

После определения моментов подсчитывают требуемое количество арматуры в каждом направлении по формуле

где hoi — расчетная высота рассматриваемого сечения.

§ 10.3. Ленточные фундаменты

●Ленточные фундаменты устраивают под сплошные стены (см. рис. 10.1, б) и под рядами колонн в виде отдельных (рис. 10.5, б) или перекрестных лент (рис. 10.5, а).

Ленточные фундаменты под стенами. Их обычно делают сборными, собираемыми из отдельных блоков-подушек, на которые опираются фундаментные блоки.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис. 10.5. Ленточные фундаменты под колонны:

1 — рабочая арматура

Блоки-подушки могут быть сплошные — прямоугольного и трапециевидного профилей, ребристые и пустотные. Наибольшее распространение получили сплошные блоки трапециевидного профиля. Они имеют простую геометрическую форму, армируются понизу одной сеткой и поэтому более просты в изготовлении, чем блоки других типов. Блоки-подушки укладывают вплотную и с зазором. Ширину их определяют из расчета основания — делением нормативной нагрузки на сопротивление грунта. Расчет прочности подушки производят только в поперечном направлении, рассматривая выступы как консоли, загруженные реактивным давлением грунта р (без учета массы подушки и грунта на ней). Площадь арматуры подбирается по моменту М=pl2/2, где l — вылет консоли (см. рис. 10.1, б).

Толщину сплошной подушки h назначают из условия воспринятия поперечной силы Q=pl одним бетоном (без поперечного армирования), принимая ее не менее 200мм.

■ Ленточные фундаменты под рядами колонн (рис. 10.5, а, б). Их выполняют обычно монолитными, таврового сечения с полкой понизу. В продольном направлении отдельная лента работает на изгиб, как балка, находящаяся под воздействием сосредоточенных нагрузок от колонн и отпора грунта снизу. Ребра армируют подобно неразрезным балкам. Продольную арматуру определяют расчетом прочности нормальных сечений на изгибающий момент, поперечную — расчетом наклонных сечений на поперечную силу. Фундаменты армируют сварными или вязаными каркасами. При армировании сварными каркасами в ребре должно быть не менее двух каркасов при b800мм. Плоские каркасы объединяют в пространственные. Для этого к верхним продольным стержням приваривают соединительные стержни или на них укладывают сварные сетки.

Поскольку в процессе возведения и эксплуатации сооружения возможно неравномерное загружение фундамента и его неравномерная осадка, в ребрах укладывают непрерывную продольную верхнюю и нижнюю арматуру и количестве μ = 0,2…0,4%.

Свесы полок тавра работают под воздействием отпора грунта как консоли, защемленные в ребре. Толщину полки назначают из условия, чтобы в ней не требовалась арматура для воспринятия поперечной силы. Для армирования полок целесообразно применять сварные сетки с рабочей арматурой в двух направлениях. При этом поперечные стержни используют как арматуру полки, а продольные включают в площадь нижней рабочей арматуры.

При расчете фундаментные ленты большого поперечного сечения и сравнительно малой длины при небольших расстояниях между колоннами можно считать абсолютно жесткими, поскольку деформации конструкции малы по сравнению с деформациями основания. Распределение давления по подошве таких фундаментов можно приближенно принимать по линейному закону.

Абсолютно жесткий ленточный фундамент рассчитывают как статически неопределимую балку, на которую сверху действует нагрузка от колонн, а снизу — реактивный отпор грунта. Размеры площади подошвы фундамента в этом случае устанавливают как для фундаментов, нагруженных внецентренно (или центрально) вдоль ленты. При симметричном загружении ленты вдоль ее оси эпюра давления на грунт имеет вид прямоугольника, при несимметричном — трапеции.

Фундаментные ленты большой длины, загруженные колоннами, расположенными на значительных расстояниях, считаются гибкими, поскольку их перемещения соизмеримы с перемещениями основания. Железобетонные гибкие ленточные фундаменты рассчитывают как балки на упругом основании. При этом широкое применение нашли два метода расчета. Метод, основанный на гипотезе Винклера, предполагает, что величина осадки в какой-либо точке основания прямо пропорциональна давлению, приложенному к этой точке и не зависит от осадки других точек. Согласно другому методу грунт рассматривают как однородное упругое тело, бесконечно простирающееся вниз и в стороны и ограниченное сверху плоскостью. Такое основание принято называть упругим полупространством. Расчет железобетонных ленточных фундаментов как балок на упругом основании и упругом полупространстве детально разработан и изложен в специальной литературе .

Дата добавления: 2016-01-16; просмотров: 2071;

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Фундаменты мелкого заложения

1.1. Основные сведения

К ФМЗ относятся фундаменты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превышающее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущественно через подошву.

ФМЗ возводятся в открытых котлованах или в специальных выемках, устраиваемых в грунтовых основаниях.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— ФМЗ по условиям изготовления разделяют на:

· монолитные, возводимые непосредственно в котлованах.

· сборные, монтируемые из элементов заводского изготовления.

— По конструктивным решениям ФМЗ разделяют на:

· отдельно стоящие фундаменты:

a) под колонну (опору);

b) под стены (при малых нагрузках)

· ленточные фундаменты:

a) выполняются под протяженные конструкции (стены);

b) выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент.

· сплошные (плитные) фундаменты

Выполняются в виде сплошной железобетонной плиты, как правило, под тяжелые сооружения. Такие фундаменты разрезаются в плане только осадочными швами, что способствует уменьшению неравномерности осадки сооружения.

· массивные фундаменты

Выполняются в виде жесткого компактного железобетонного массива под небольшие в плане тяжелые сооружения (башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т.п.).

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— ФМЗ изготовляют из следующих матреиалов:

· железобетон

· бетон

· бутобетон

· каменные материалы (кирпич, бут, пиленные блоки из природных камней)

· в отдельных случаях (временные здания) допускается применение дерева или металла.

Железобетон и бетон – основные конструкционные материалы для фундаментов.

Бутовый камень, кирпич и каменные блоки используются для устройства фундаментов, работающих на сжатие и для возведения стен подвалов.

Бутобетон и бетон целесообразно применять при устройстве фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бетонировании в распор со стенками.

Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов монолитных и сборных фундаментов в различных ИГУ, т.к. они обладают достаточной морозостойкостью, прочностью на сжатие (а для железобетона и на растяжение → действие моментов).

1.2. Конструкции фундаметов мелкого заложения

1.2. а. Отдельные фундаменты

Могут выполняться в монолитном или сборном варианте. Представляют собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью.

— Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жесткости α (≈30-40º), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн – соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн – креплением башмака колонны к анкерным болтом, забетонированным.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней — кратной 150 мм.

— При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры, укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются подземные конструкции (рис 10.4.а).

— В тех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из одного элемента (рис 10.4.б) или переходят на монолитный вариант фундамента.

— с целью сокращения трудоемкости работ по устройству фундаментов и уменьшению их стоимости создаются новые типы фундаментов, которые в соответствующих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

1.2. б.  Ленточные фундаменты

· Под стены: также устраивают либо из сборных блоков, либо монолитными.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, иногда применяют ребристые железобетонные блоки или плиты с угловыми вырезами (рис 10.7).

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— Фундаментные стеновые блоки (ФБС) изготовляют из тяжелого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина блоков принимают равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см.

Надземные стены не должны выступать над фундаментными более чем на 15 см.

Высота типовых стеновых блоков составляет 280 или 580 мм (20 на цементный шов).

— Для повышения жесткости сооружения (выравнивания осадок, антисейсмические мероприятия и т.п.) сборные фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устроенных поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне.

· Под колонны: устраивают в виде одиночных или перекрестных лент и выполняют, как правило, в монолитном варианте из железобетона. Возможно их устройство и в сборном варианте в виде отдельных блоков, соединяемых между собой с последующим омоноличиванием стыков.

1.2. в.  Сплошные фундаменты

Выполняются, как правило, из монолитного железобетона.

— По конструктивным особенностям различают:

· Плитные (гладкие, ребристые);

· Коробчатые.

(см. рис.10.8)

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— Толщину плиты определяют расчетом на моментные нагрузки (от изгиба в двух взаимно перпендикулярных направлениях) и исходя из расчета на продавливание в местах опирания колонн.

— Опирание колонн осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

1.2. г.  Массивные фундаменты

Выполняются в монолитном варианте.

С целью сокращения объема бетона в тело массивного фундамента закладывают пустообразователи.

При передаче на такой фундамент больших моментов (мачты, дымовые трубы и т.п.) целесообразно его усиление анкерами, что позволяет повысить устойчивость сооружения, уменьшить его размеры и массу.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

1.3. Расчет фундаментов мелкого заложения

Расчет ФМЗ начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).

Далее производят расчет по двум предельным состояниям:

I – Расчет по прочности (устойчивость)

II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным для всех ФМЗ.

А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и производится в одном из следующих случаев:

— Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;

— На основание передаются значительные по величине горизонтальные нагрузки;

— В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению сдвигу;

— В основании залегают наоборот, очень прочные – скальные грунты.

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).

1.3.а. Определение глубины заложения фундамента

Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения. Однако при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов:

— Геологическое строение участка и его гидрогеология (наличие воды);

— Глубина сезонного промерзания грунта;

— Конструктивные особенности здания, включая наличие подвала, глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

1. Учет ИГУ строительной площадки заключается в выборе несущего слоя грунта. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов. По геологическим разрезам. Все многообразие напластования грунта можно представить в виде трех схем:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

При выборе типа и глубины заложения фундамента придерживаются следующих общих правил:

— Минимальная глубина заложения фундамента принимается не менее 0,5 мот планировочной отметки;

— Глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10-15 см;

— По возможности закладывать фундаменты выше УГВ для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

— В слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо, то размеры фундаментов выбираются главным образом из условия выравнивания осадок.

2. Глубина сезонного промерзания грунта.

Проблема заключается в том, что многие водонасыщенные глинистые грунты обладают пучинистыми свойствами, т.е. увеличивают свой объем при замерзании, за счет образования в них прослоек льда. Замерзание сопровождается подсосом грунтовой воды из ниже лежащих слоев .за счет чего толщина прослоек льда еще более увеличивается. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента. Которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому их увлажнению, снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. К непучинистым грунтам относят: крупнообломочный грунт с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания (в любых условиях).

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

df – глубина сезонного промерзания грунтов.

Если ddf

Для малых зданий (дачные постройки) настоящий бич – боковые силы пучения грунта:

Kh – коэффициент, учитывающий тепловой режим подвала здания.

dfn – нормативная глубина сезонного промерзания грунта

Mt – коэффициент, численно равный ∑ абсолютных значений (-) температур за зиму в данном районе.

do– коэффициент, учитывающий тип грунта под подошвой фундамента.

3. Конструктивные особенности сооружения.

Основными конструктивными особенностями возводимого сооружения, влияющими на глубину заложения его фундамента, являются:

— Наличие и размеры подвальных помещений, приямков или фундаментов под оборудование;

— Глубина заложения фундаментов примыкающих сооружений;

— Наличие и глубина прокладки подземных коммуникаций и конструкций самого фундамента.

Глубина заложения фундамента принимается на 0,2-0,5 м ниже отметки пола подвала (или заглубленного помещения), т.е. на высоту фундаментного блока.

Фундаменты сооружения или его отсека стремятся закладывать на одном уровне.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

В других случаях, разность отметок заложения расположенных рядом фундаментов (Δh) не должна превышать:

a– расстояние в свету между фундаментами;

p – среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется закладывать на одном уровне, либо проведение специальных мероприятий (шпунтовые стены).

Ввод коммуникаций (трубы водопровода, канализации) должен быть заложен выше подошвы фундамента.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

При этом условии трубы не подвержены дополнительному давлению от фундамента, а фундаменты не опираются на насыпной грунт траншей, вырытых для прокладки труб. Кроме того, при необходимости замены труб не будут нарушены грунты основания.

1.3.б Форма и размер подошвы фундамента

Форма бывает любая (круглая, кольцевая, многоугольная, квадратная, прямоугольная, ленточная, табровая, крестообразная и более сложная форма), но, как правило, она повторяет форму опирающейся на нее конструкцию.

Площадь подошвы предварительно может быть определена из условия:

PII ≤ R, где

PII – среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям;

R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле СНиП.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Реактивная эпюра отпора грунта при расчете жестких фундаментов принимается прямоугольной. Тогда из уравнения равновесия:

Сложность в том, что обе части выражения содержат искомые геометрические размеры фундамента. Но в предварительных расчетах вес грунта и фундамента в ABCD заменяют приближенно на:

, где

γm – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах; γm=20 кН/м3;

d – глубина заложения фундамента, м.

— необходимая площадь подошвы фундамента.

Тогда ширина подошвы (b):

а) в случае ленточного фундамента; A=b·1п.м.:

б) в случае столбчатого квадратного фундамента; A=b2:

в) в случае столбчатого прямоугольного фундамента:

— задаемся отношением длины фундамента (l) к его ширине (b) (т.к. фундамент повторяет очертание опирающейся на него конструкции).

Отсюда:

в) в случае столбчатого круглого фундамента:

b = D – диаметр фундамента.

После предварительного подбора ширины подошвы фундамента b=f(Ro) необходимо уточнить расчетное сопротивление грунта – R=f(b, φ, c, d, γ).

Зная точное R. Снова определяют b. Действия повторяют, пока два выражения не будут давать одинаковые значения для R и b.

После того. Как был подобран размер фундамента с учетом модульности и унификации конструкций проверяют действительное давление на грунт по подошве фундамента.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Чем ближе значение PII к R, тем более экономичное решение.

Этой проверкой мы проверяем возможность расчета по линейной теории деформации грунта.

Если условие не соблюдается, тогда расчет необходимо вести по нелинейной теории, что значительно его осложняет.

1.3.в. Внецентренно нагруженные фундаменты

Это такие фундаменты, у которых равнодействующая внешних нагрузок (сил) не проходит через центр тяжести его подошвы.

Давление на грунт по подошве внецентренно нагруженного фундамента принимается изменяющимся по линейному закону, а его краевые значения определяются по формулам внецентренного сжатия.

Учитывая, что ,

Приходим к более удобному для расчета виду:

, где

NII – суммарная вертикальная нагрузка, включая Gfи Gg;

e – эксцентриситет равнодействующей относительно центра тяжести подошвы;

b – размер подошвы фундамента в плоскости действия момента.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Двузначную эпюру стараются не допускать, т.к. в этом случае образуется отрыв фундамента от грунта.

Поскольку в случае действия внецентренного нагружения максимальное давление на основание действует только под краем фундамента, при подборе размеров подошвы фундамента давление допускается принимать на 20% больше расчетного сопротивления грунта, т.е.

 

В тех случаях, когда точка приложения равнодействующей внешних сил смещена относительно обеих осей фундамента (рис 10.14), давление под ее угловыми точками находят по формуле:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Поскольку в этом случае максимальное давление будет только в одной точке подошвы фундамента, допускается, чтобы его значение удовлетворяло условию:

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти 

1.3.г. Порядок расчета внеценренно нагруженного фундамента

1. Определяют размеры подошвы как для ценрально нагруженного фундамента.

;

2. Для принятых размеров подошвы определяют краевые напряжения при внецентренном приложении нагрузки

 

3. Проверяется условие

4. Если равнодействующая сил смещена относительно обеих осей, тогда еще определяют краевые напряжения в угловых точках фундамента

5. Проверяют условие

1.3.д. Проверка давления на слабый подстилающий слой грунта (проверка подстилающего слоя).

При наличии в сжимаемой толщи слабых грунтов необходимо проверить давление на них, чтобы убедиться в возможности применения при расчете основания (осадок) теории линейной деформативности грунтов.

Необходимо, чтобы полное давление на кровлю подстилающего слоя не превышало его расчетного сопротивления, т.е.

, где

— дополнительное и природное вертикальные напряжения в грунте на глубине z от подошвы фундамента;

Rz – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, определяют по формуле СНиП, как для условного фундамента шириной bz и глубиной заложения dz.

Все коэффициенты в формуле (γc1, γc2, k, Mq, Mg и т.д.) находят применительно к слою слабого грунта.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Ширину условного фундамента bz назначают с учетом рассеивания напряжений в пределах слоя толщиной z. Если принять. Что давление действует по подошве условного фундамента АВ, то площадь его подошвы будет составлять:

, где

NII – вертикальная нагрузка на уровне обреза фундамента;

— для ленточного фундамента

— для квадратного фундамента

— для условного прямоугольного фундамента

, где l и b – размеры подошвы проектируемого фундамента.

Если проверка подстилающего слоя не выполняется, необходимо увеличить размер подошвы фундамента.

1.3.е. Расчет фундаментов на грунтовых (песчаных) подушках

Если несущий слой грунта оказывается слабым, и его использование в качестве естественного основания оказывается невозможным или нецелесообразным, то приводят замену слабого грунта другим, обладающим высоким сопротивлением сдвигу и имеющим малую сжимаемость, который образует, так называемую, грунтовую подушку.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

· Подушки делают из:

— Крупнообломочные грунты (гравий, щебень);

— Пески крупные и средней крупности (удобнее и легче использовать);

— Шлак;

— В лессах – местный перемолотый грунт.

· Чаще всего грунтовые подушки имеют толщину 1…3 м (>3м не целесообразно).

· Используют подушки: (см. рис.)

— При малой толще слабых грунтов — обыкновенная песчаная подушка;

— При большой толще слабых грунтов — висячая песчаная подушка;

— Такая форма песчаной подушки объясняется тем, что в ее зоне необходимо уместить все виды напряжений.

Пески: α=30º…35º;

Гравий: α=40º…45º.

Тогда

— Подушки отсыпаются слоями по 10…15 см, с уплотнением каждого слоя до γd = 16…16,5 кН/м3.

1.3.ж. Последовательность расчета фундамента на песчаной подушке

1. Задаемся характеристиками нового грунтового основания (т.е. характеристиками песчаной подушки)

γ=19 кН/м3; φ=35º; с=0

2. Определяют размеры подошвы фундамента как фундамента, стоящего на грунте с выше перечисленными характеристиками.

P≤R

3. Проверяем подстилающий слой

Если это условие не выполняется, то увеличивают высоту висячей подушки.

4. Далее производится расчет деформаций основания. Совместная деформация песчаной подушки и подстилающего слоя S должна быть меньше Su.

S ≤ Su

Если это условие не выполняется. То также увеличивают высоту висячей подушки (или размеры фундамента).

— Применение песчаной подушки приводит к следующим положительным эффектам:

1) Поскольку модуль общей деформации песчаной подушки Е>20 МПа, то их примение приводит к уменьшению осадок сооружения.

2) Поскольку песчаные подушки имеют большой коэффициент фильтрации (сильноводопроницаемы), то резко сокращается время консолидации основания.

3) Песчаные подушки устраиваются из непучинистых грунтов (материалов), поэтому есть возможность уменьшить глубину заложения фундамента d из условия учета глубины сезонного промерзания грунта df.

1.4. Защита фундаментов и заглубленных помещений от подземных вод и сырости  

Необходимость защиты фундаментов от подземных вод и сырости вызвана тем негативным воздействием, которое они оказывают на состояние строительных конструкций (появление на внутренней стороне стен сырости, плесени, отслоение краски, отсыпание штукатурки, ухудшение санитарных условий подвала за счет повышенной влажности; сырость может по капиллярам конструкций распространиться и выше в нижние этажи зданий и т.д. и т.п.).

Три основные группы способов защиты заглубления помещений от вредного воздействия подземных вод и сырости:

— Отвод дождевых и талых вод;

— Устройство дренажей для осушения грунта;

— Применение гидроизоляции.

Выбор способа защиты зависит от топографических, гидрогеологических условий, сезонного колебания УПВ, агрессивности вод, конструктивных особенностей заглубленных помещений.

1.4.а  Отвод дождевых и талых вод

1. Вдоль наружных стен зданий обязательно устраивают отмостку с уклоном в сторону от сооружения.

2. Осуществляется вертикальная планировка территории застройки (придание местности определенных уклонов).

3. Устройство системы водоотливных канав, ливневой канализации и т.п.

1.4.б. Дренаж

Это система дрен и фильтров, которая служит для перехвата, сбора и отвода подземных вод от сооружения.

Дренажи могут устраиваться как для одного здания (кольцевой дренаж), так и для комплекса зданий (систематической дренаж), что более экономично, за счет меньшей протяженности.

Виды дренажей:

— Траншейные;

— Закрытые беструбчатые;

— Закрытые трубчатые;

— Галерейного типа;

— Пластовый + пристенный.

1. Траншейные дренажи.

(открытые дренажи и канавы).

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

Рис. Схема траншейного дренажа

Являясь эффективным средством водопонижения (отвода вод), они в тоже время занимают большие площади, осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют больших затрат для поддержания их в рабочем состоянии.

2. Закрытый беструбчатый дренаж – траншея, заполненная фильтрующим материалом (гравий, щебень, камень) от дна до уровня подземных вод (рис 14.12а)

Предназначен для недолговременной эксплуатации (период пространства работ нулевого цикла).

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

3. Трубчатый дренаж – дырчатая труба (перфорированная) с обсыпкой песчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала (рис 14.12.б,в).

4. Галерейный дренаж – применяют в ответственных сооружениях и там, где большой приток воды (рис 14.12. г).

5. Пластовый дренаж – слой фильтрующего материала, уложенный под всем сооружением (рис 14.13). Вода из него отводится с помощью обычных трубчатых дрен. Состоит, как правило, из двух слоев:

— Нижний (h ≥ 100 мм) – песок средней крупности;

— Верхний (h ≥ 150 мм) – щебень или гравий.

п

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

· Часто при защите отдельных зданий пластовый дренаж сочетается с пристенным (сопутствующим) дренажом – вертикальный слой из проницаемого материала, устраиваемый с наружной стороны фундамента и заглубляемый ниже его подошвы.

При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда достаточно устройства только одного пристенного дренажа.

· Собираемые воды отводятся и сбрасываются в водоемы, дождевую канализацию или другие специальные места.

→ Гидроизоляция предназначена для обеспечения водонепроницаемости сооружений (антифильтрационная гидроизоляция), а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов при физической или химической агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).

1). Простейший случай – защита от капиллярной влаги.

На высоте 15-20 см от верха отмостки по выровненной горизонтальной поверхности стен устраивают непрерывную водонепроницаемую прослойку из 1…2 слоев рулонного материала на битумной мастике (рис.)

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

2). Если уровень грунтовых вод находится ниже пола подвала (рис.14.14 б), то для защиты фундаментов применяют изоляцию от сырости.

Для этого с наружной поверхности заглубленных стен осуществляется обмазка горячим битумом за 1…2 раза и прокладываются рулонная изоляция в стене на уровне ниже пола подвала.

3). Если УГВ выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию осуществляют в виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по бокам.

Выполняется из рулонных материалов с не гниющей основой (гидроизол, стеклорубероид, металлоизол, толь и т.п.) – оклеичная гидроизоляция.

— Вертикальная гидроизоляция наклеивается, как правило, с наружной стороны фундамента, т.к. в этом случае под действием напора подземных вод изоляция просто прижимается к изолируемой поверхности.

Для предохранения изоляции от механических воздействий (например, при обратной засыпки) снаружи ее ограждают защитной стенкой из кирпича, бетона или блоков (рис. 14.15.) Зазор между стенкой и гидроизоляцией заполняют жидким цементным раствором.

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— Горизонтальная гидроизоляция наклеивается на выровненную цементной стяжкой поверхности подготовки и защищается сверху цементным или асфальтовым слоем t=3…5см.

· Гидростатической давление воды при УГВ до 0,5 м выше пола подвала компенсируются весом конструкции пола (рис. 14.15 а)

· Если УГВ выше отметки пола подвала более чем на 0,5 м, то применяют специальные конструкции (заделанные в стены ж/б плиты, специальной плиты с упорами в стены здания и т.п.) – рис.14.15 б, в.

· В любом случае гидроизоляция должна устраиваться на высоту превышающую максимальную отметку УГВ на 0,5 м.

4). Защита от коррозии.

— При слабоагрессивных водах делают глиняный замок из хорошо перемятой и плотоноутрамбованной глины по всей высоте защитной стенки и с боков фундаментов (рис. 14.16)

для каких целей устраивают песчаную подушку под подошвой фундаментов мти

— При более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность защитной стенки и фундаментов покрывают за 2 раза битумной мастикой или оклеичной изоляции из битумных рулонных материалов.

Снизу фундамента и под полом подвала изоляция имеет более сложную конструкцию

— На ряду с антикоррозионной изоляцией фундаменты защищают за счет применения более стойких к данному виду агрессивности цементов (сульфатостойкие и т.п.), а также плотных бетонов.