Общие сведения об основаниях и фундаментах основные понятия и определения

Лекция № 1.

Задачи курса «Основания и фундаменты», его место среди других специальных дисциплин. Основные понятия, классификация оснований и фундаментов. Развитие и достижения отечественной и зарубежной науки и техники в области строительства фундаментов опор мостов и путепроводов. Особенности современного фундаментостроения.

Цель и задачи курса «Основания и фундаменты», его место среди других дисциплин

Целью преподавания дисциплины «Основания и фундаменты» является изучение конструктивных решений фундаментов, методов их расчета согласно действующих нормативно-технических документов, технологии производства работ по сооружению фундаментов, способов реконструкции и методов расчета усиления фундаментов.

Изучение дисциплины «Основания и фундаменты» направлено на выработку у студентов умения использовать полученные знания и навыки для самостоятельного решения инженерных задач в области проектирования, строительства и переустройства существующих фундаментов мостовых сооружений, а также умелого использования полученного багажа знаний в проведении научных исследований в данной области.

Поставленная цель обеспечивается чтением лекций и проведением практических занятий, причем на лекциях рассматриваются общие вопросы проектирования, строительства и переустройства фундаментов существующих мостовых сооружений, а на практических занятиях — конкретные задачи проектирования и расчета различных типов фундаментов, технология их возведения. На практических занятиях студенты применяют полученные знания при решении задач, возникающих в рамках курсового проектирования. В рамках изучения дисциплины «Основания и фундаменты» студенты выполняют курсовой проект, цель которого — овладеть методами проектирования и расчета различных типов фундаментов, применяемых в мостостроении.

Задачи изучения дисциплины «Основания и фундаменты» заключаются в прочном овладении студентами комплексом знаний, отражающих современный уровень теории и практики, а также перспектив развития фундаментостроения в области строительства мостов и путепроводов.

Изучив дисциплину «Основания и фундаменты» студент должен:

— знать физико-механические характеристики грунтов;

— уметь на основе вариантного проектирования выбирать рациональные тип и конструкцию фундамента сооружения, выполнять расчеты оснований и фундаментов по первой и второй группам предельных состояний согласно действующих нормативно-технических документов, выполнять конструктивные разработки фундамента и его отдельных элементов с учетом заданного уровня надежности и экономичности;

  • знать технологию производства работ по сооружению фундаментов опор мостов и путепроводов;

  • знать методы расчета усилений фундаментов и технологию производства работ, применяемую при усилении, реконструкции и переустройстве фундаментов;

  • иметь представление о современных тенденциях развития фундаментостроения в России и за рубежом.

Комплексный характер дисциплины «Основания и фундаменты» обуславливает ее базирование и связь со следующими общетехническими и специальными дисциплинами: «Инженерная геология и механика грунтов», «Строительные материалы», «Сопротивление материалов», «Строительная механика», «Инженерная геодезия», «Изыскание и проектирование мостовых переходов и тоннельных пересечений», «Проектирование мостов», «Строительство мостов» и др.

  • Требования, предъявляемые к основаниям и фундаментам
  • Исторический обзор фундаментостроения
  • Основания и фундаменты на просадочных грунтах

При строительстве мостов на устройство фундаментов затрачивают до 40% времени и труда и до 30% финансовых средств, а в сложных инженерно-геологических условиях эти показатели еще выше.

Повышение экономической эффективности фундаментостроения должно осуществляться в неразрывной связи с повышением качества работ, которое во многом предопределяет надежность и долговечность любых сооружений в целом. Особое внимание требуется уделять доброкачественному проектированию и выполнению подземных работ, поскольку из-за отсутствия надежных методов контроля за состоянием оснований и фундаментов в период эксплуатации сооружений не всегда удается своевременно принять необходимые меры по устранению последствий случайных дефектов. Такие дефекты, возникшие в результате допущенных ошибок при проектировании и не замеченные в период возведения фундаментов, в дальнейшем, спустя некоторое время, начинают проявляться в виде разного рода деформаций сооружений, затрудняющих или исключающих нормальную их эксплуатацию. Устранение дефектов, как правило, требует затрат, значительно превышающих первоначальные, а для мостов, кроме того, и длительных перерывов или ограничений движения обращающихся нагрузок.

Чтобы проектировать и строить фундаменты не только экономично, но, главное, надежно, необходимо ясно представлять, как передаются на грунты нагрузки от сооружений, особенности поведения грунтов под действием на них сжимающих, выдергивающих и сдвигающих нагрузок, как изменяются свойства разных грунтов при действии на них воды, какие фундаменты и в каких грунтах следует применять, какими способами их возводить. Ответы на перечисленные и многие другие вопросы можно получить в результате изучения предмета «Основания и фундаменты».

Для изучения предмета «Основания и фундаменты» необходимо знать основы инженерной геологии, механики грунтов и гидрогеологии. Инженерная геология изучает и оценивает влияние геологических факторов на работу проектируемых зданий и сооружений, а также возможные изменения этих факторов в результате нарушения природных условий при возведении и эксплуатации зданий и сооружений. Механика фунтов занимается изучением напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств грунтов оснований, разработкой методов расчета прочности и деформаций оснований, способов определения давления грунтов на ограждающие конструкции. Гидрогеология изучает подземные воды, содержащиеся в толще грунтов.

§ 2. Основные понятия. Классификация оснований и фундаментов

Рис. В. 1. Фундамент опоры моста из одного несущего элемента 1 — надфундаментная часть опоры; 2 — фундамент; 3 — поверхность грунта (дно водотока); 4 — уровень размыва; 5 — несущий пласт грунта; 6 — условный контур основания; 7 — подошва фундамента; 8 — боковая грань фундамента; 9 — уступ; 10 — обрез фундамента; d — глубина заложения фундамента; А — высота фундамента; d1 — расчетное заглубление фундамента в грунт

Рис. В. 2. Фундамент из куста несущих элементов 1 — надфундаментная часть опоры; 2 — фундамент; 3 — ростверк; 4 — тампонажный слой бетона; 5 — несущие элементы; 6—поверхность грунта (дно водотока); 7 — уровень размыва; 8 — несущий пласт грунта; 9 — подошва тампонажного слоя; 10—боковая поверхность ростверка; 11 — обрез фундамента

Рис. В. 3. Безростверковая опора 1 — подферменная плита (насадка); 2 — стойка; 3 — фундамент стойки; 4 — поверхность грунта (дно водотока); 5 — уровень размыва

Все здания и сооружения опираются на поверхностные слои земли (глины, пески, скальные породы и др.), именуемые в строительной практике грунтами.

Основанием называют часть массива грунтов, непосредственно воспринимающую нагрузку и вследствие этого подверженную деформациям под ее воздействием. Основание из грунтов природного сложения называют естественным. Основание из предварительно уплотненных или укрепленных тем или иным способом грунтов называют искусственным.

Если основание состоит из одного слоя грунта, его называют однородным, если из нескольких слоев — неоднородным. Слой (пласт) грунта, на который опирается фундамент, называют несущим слоем, а нижележащие слои — подстилающими.

Фундаментом называют часть здания или сооружения, находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание. Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис. В.1), и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис. В. 2).

Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента поверхность его соприкасания с надфундаментной частью здания или сооружения; подошвой фундамента нижнюю поверхность его соприкасания с грунтом основания; высотой фундамента расстояние от его подошвы или нижнего конца (низа) несущих элементов до обреза; глубиной заложения фундамента расстояние от поверхности грунта или уровня воды в водоеме до подошвы фундамента или низа несущих элементов.

Под воздействием на фундамент вертикальных нагрузок, равномерно сжимающих грунты основания, происходят перемещения зданий и сооружений, называемые осадкой. При действии на фундаменты неравномерных сжимающих нагрузок наблюдаются наклоны, именуемые кренами. Воздействие больших горизонтальных нагрузок иногда приводит к смещениям, называемым сдвигами.

Для предотвращения возможности появления недопустимых осадок, кренов или сдвигов зданий и сооружений (исходя из условия обеспечения их нормальной эксплуатации) фундаменты закладывают на некоторой глубине от дневной поверхности, чтобы передать расчетные нагрузки на более прочные грунты.

В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения. Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения (см. рис. В. 1), иногда неправильно называемых «фундаментами на естественном основании», является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфундаментной части сооружения только через их подошву. Их боковая поверхность в работе не участвует из-за невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между боковыми поверхностями фундаментов и котлованов грунтом с плотностью, равной или выше природной. В отличие от фундаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые фундаментами глубокого заложения (см. рис. В. 2), передаются на грунт не только через их подошву или торец несущих элементов в виде свай, оболочек, столбов либо опускных колодцев, но и через их боковую поверхность вследствие проявления сил трения, сопротивляющихся вдавливанию (вертикальному смещению) фундаментов в грунт, и сил бокового отпора грунта, сопротивляющихся смещению (сдвигу или повороту) фундаментов.

Благодаря тому, что в работе фундаментов глубокого заложения кроме подошвы участвует их боковая поверхность, повышается степень использования прочностных свойств материалов, а следовательно, сокращается их расход. Для устройства фундаментов глубокого заложения в равных с фундаментами мелкого заложения условиях требуется, в зависимости от конструкции фундаментов и сложности местных особенностей строительства, в 2—4 раза меньше бетона. При этом объем земляных работ сокращается в 5—10 раз, затраты труда и сроки строительства фундаментов уменьшаются в 1,5—3 раза. Кроме существенной экономической эффективности фундаменты глубокого заложения обладают более высокой надежностью.

Водопропускные трубы сооружают, как правило, с фундаментами мелкого заложения и редко с фундаментами из свай разных типов. Опоры мостов традиционной конструкции, имеющие надфундаментную часть, возводят с фундаментами как мелкого, так и глубокого заложения.

Применяемые для мостов, водопропускных труб, зданий и других сооружений фундаменты мелкого и глубокого заложения подразделяют по конструктивным особенностям. Фундаменты мелкого заложения можно разделить на массивные, сплошные в виде плиты, ленточные, стоечные, комбинированные. Фундаменты глубокого заложения подразделяют по виду несущих элементов: из свай, оболочек, столбов или опускных колодцев.

В свою очередь фундаменты перечисленных видов могут быть монолитными, полностью возводимыми на месте постройки, и сборными, монтируемыми из заранее изготовленных элементов. Промежуточное положение занимают сборно-монолитные фундаменты, состоящие из сборных элементов, омоноличиваемых бетоном, например сваи с монолитной плитой, фундаменты из сборных железобетонных оболочек, заполняемых бетоном,  и т. п.

Помимо перечисленных основных видов фундаментов в практике строительства мостов и труб известны разновидности фундаментов, представляющие собой видоизмененные основные конструкции, например безростверковые фундаменты опор мостов, так называемые безростверковые опоры. Характерной особенностью таких опор (рис. В. 3) является использование нижней заглубленной в грунт части стоек в качестве фундамента, не имеющего объединяющего их ростверка, а верхней части стоек, возвышающейся над грунтом или над водой и объединенной подферменной плитой (насадкой), в качестве надфундаментной конструкции опор. В качестве стоек опор используют сваи, оболочки или столбы.

Безростверковые опоры широко применяют для мостов с длиной пролетных строений до 33 м, в ряде случаев до 100 м. Опоры проектируют преимущественно из одного, реже из двух рядов стоек по фасаду моста. В каждом ряду имеется две и более стоек.

Отказ от устройства ростверка в конструкции опор одновременно с уменьшением потребности в бетоне обеспечивает значительное сокращение затрат ручного труда и сроков возведения опор главным образом благодаря исключению котлованных работ по устройству ростверка.

Тема 3.1. Общие сведения об основаниях и фундаментах.

Всякое инженерное сооружение опирается на землю и передает ей давление от собственного своего веса и действующих на него нагрузок. Для передачи и распреде­ления этого давления на грунт устраивают фундамент, служащий опорным элемен­том сооружения.

Так как поверхностные слои грунтов обычно имеют небольшую несущую спо­собность и периодически подвергаются промерзанию, оттаиванию и размыву проте­кающими водами, то фундамент, как правило, заглубляют до более прочных слоев грунта. Толщу грунта, воспринимающую давление, передаваемое фундаментом со­оружения, называют основанием. Несущая способность грунтов основания зависит от их структуры и физических свойств. Большое влияние на качество грунтов как осно­вания инженерных сооружений оказывают гидрологические условия в месте строи­тельства, а также методы производства работ по устройству фундаментов со­оружения.

Грунты, которые могут служить основанием инженерных сооружений, разде­ляются на скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Скальные грунты.(граниты, песчаники, известняки и др.) в большинстве случа­ев имеют большую прочность но при достаточной мощности пластов обычно служат надежным основанием для сооружений. Некоторые скальные породы, как гипс и сла­бый известняк, могут растворяться проникающей к ним водой. В результате этого об­разуются пустоты, называемые карстами, которые опасны для строящихся сооруже­ний.

Крупнообломочные грунты состоят из несвязанных между собой обломков гор­ных пород угловатых неокатанных ( дресва) или скатанных (галька, гравий). В щебне и гальке половину (по массе) составляют частицы в дресве и гравии таких частиц менее половины. Крупнообломочные породы имеют большую несущую способность, водонепроницаемые, малосжимаемые и обычно служат хорошим основанием сооруженй.

Глинистые грунты содержат мельчайшие частицы (менее 0,005 мм), придаю­щие глинам пластичность. В зависимости от содержания таких частиц различают су­песи (3 — 10% по массе), суглинки (10 — 30%) и глины (более 30%). В глинистых грунтах наблюдается не только трение между их частицами, но и сцепление. В гли­нистых грунтах, кроме свободной воды, содержится также связанная вода в виде пле­нок, покрывающих частицы. Сухие плотные глинистые грунты имеют высокую несущую способность. С увеличением влажности грунт набухает, переходя из твер­дой консистенции в пластичную. При этом его несущая способность уменьшается. Под нагрузкой глинистые грунты дают длительные осадки тем большие, чем больше влажность грунта.

В мостах фундаменты опор и их основание — это очень ответственные элементы со­оружения, от качества и надежности которых в большой степени зависит долговеч­ность моста и безопасность его эксплуатации. Современная техника строительства располагает различными приемами и средствами, дающими возможность устраивать фундаменты в различных гидрогеологических условиях, в частности при .большой глубине заложения. В тех случаях, когда естественный грунт не может служить основал искусственное основание.

Применяемые фундаменты мостовых опор различают по глубине их заложения и по особенностям конструкции.

По глубине заложения фундаменты могут быть мелкого или глубокого заложения. Фундаменты мелкого заложения заглубляют не более чем на 6 м и возводят в откры­тых котлованах. Расчетная несущая способность таких фундаментов характеризуется передачей давления грунту только их подошвой. Фундаменты глубокого заложения передают давление на слои грунта, находящиеся на большой глубине. Их возведение требует применения специальных методов работ. Фундамент глубокого заложения передает давление грунту как подошвой, так и боковыми поверхностями. По своей конструкции фундаменты опор мостов бывают массивными, ленточными, свайными, из оболочек, опускных колодцев или кессонов.

Массивные фундаменты в виде сплошного массива кладки, опирающегося нижней поверхностью, (подошвой) на грунт основания, обычно применяют при мелком зало­жении.

общие сведения об основаниях и фундаментах основные понятия и определения

13.03.2014

Этот материал раскрывает фундаментальные понятия раздела и дает общее представление о грунтах, основания и фундаментах. Здесь нет практических рекомендаций, но я все же очень советую прочитать эту статью.

Грунты Толща скальных или раздробленных горных пород называется грунтом. Условно считается, что основу грунтов должны составлять обломки размером менее 20см. Исключение составляет скальный грунт, который может представлять собой единый массив горной породы.

Грунты состоят из отдельных частиц, пространство между которыми может быть заполнено воздухом или водой. Это пространство существует в виде пор, которые образуются из-за неплотного прилегания частиц грунта друг к другу.

Частицы грунта имеют некоторое сцепление (связи) между собой. В песчаных грунтах связи очень слабые. В глинистых грунтах связи довольно сильные, но и в глине прочность связей гораздо меньше прочности самих частиц.

В целом грунтам свойственна малая прочность и высокая сжимаемость.

Основания Это ограниченная по площади и глубине часть грунта, которая служит платформой для фундамента и воспринимает нагрузки от него. Очевидно, что свойства грунта, по крайней мере, частично являются и свойствами основания. Именно поэтому строителю-практику так важно знать, какой грунт находится в зоне строительства – от этого зависит выбор типа фундамента, его размеры, глубина и т.п.

При размещении фундаментов основания подвергаются горизонтальным и вертикальным перемещениям. Принято считать, что перемещения связаны с перегруппировкой частиц грунта, между тем как СМИ частицы не деформируются.

Однородные и слоистые основания

Однородное основание Это основание, состоящее из одного слоя грунта. К примеру, скальные грунты имеют вполне однородную структуру — как по горизонтали, так и по вертикали. Поэтому и скальное основание мы можем считать однородным. Слоистое основание Это основание, состоящее из нескольких разных слоев грунта. Слой, на который укладывается фундамент, называют несущим. Слои, расположенные под несущим, называют подстилающими.

Основания бывают естественными и искусственными.

Естественное основание – это природный грунт, который либо вообще не готовят перед созданием фундамента, либо готовят очень простыми способами – например, трамбуют или проливают водой.

Искусственное основание – это результат улучшения естественного основания. Чаще всего искусственное основание представлено специально насыпанной песчаной или щебеночной подушкой.

Следует упомянуть еще один важный термин, с которым вы будете часто встречаться в этом разделе – рабочая часть основания. Рабочей частью основания называют слой грунта, в котором возникают напряжении и деформации, оказывающие влияние на состояние фундамента и постройки в целом.

Объем грунта, который входит в рабочую часть основания, зависит от:

  • типа грунта;
  • типа фундамента;
  • площади фундамента;
  • массы фундамента.

Фундамент Это подземная часть сооружения, которая воспринимает нагрузки от надземной части и распределяет их на основание. Разные типы фундаментов имеют очень разную конструкцию, но мы можем выделить элементы, которые характерны практически для всех фундаментов. Обрез фундамента Верхняя часть, на которую опирается надземная часть здания, а также верхняя часть уступов. Подошва фундамента Нижняя поверхность, которая опирается на основание фундамента. Глубина заложения фундамента Расстояние от подошвы фундамента до поверхности земли в нижней точке.

Иногда фундамент составляет одно целое с надземной частью и тогда мы не может выделить его. Так, к примеру, сложно выделить фундамент в конструкциях подпорных стен, которые часто применяются в ландшафтном дизайне.

Рекомендуем также:

  • Грунты как основание фундамента