3 1 1 Основания и фундаменты План лекции

3. 1. 1. Основания и фундаменты. План лекции. 1. Понятия об естественных и искусственных основаниях. 2. Требования к естественным основаниям. 3. Грунты и их строительные свойства. 4. Методы упрочнения грунтов.

1. Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и используемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты, образующие основание, подразделяют на глинистые, песчаные, крупнообломочные и скальные. Они представляют собой горные породы, состоящие из минеральных частиц различной величины, между которыми находятся пустоты (поры). Прочность сцепления между частицами этих грунтов значительно мень ше прочности самих частиц.

Основанием называют массив грунта, залегающий под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания. Основания бывают двух видов: естественные и искусственые. Естественным основанием называют грунт, залегающий под фундаментом и способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания. Искусственным основанием называют искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине заложения фундамента.

2. При возведении зданий на естественном основании грунты, залегающие в толще этого основания, • должны иметь небольшую и равномерную сжимаемость. • грунты должны иметь достаточную несущую способность, а также малой и равномерной сжимаемостью. Большие и неравномерные осадки здания могут привести к его повреждению и даже к разрушению.

• грунты не должны быть пучинистыми. (в соответствии с этим требованием выбирают глубину заложения фундамента, которая должна быть согласована с глубиной промерзания грунта в районе строительства). Известно, что при замерзании грунты увеличиваются в объёме, а при оттаивании уменьшаются. Это приводит к неравномерной осадке здания и появлению в нем деформационных трещин; • грунты должны противостоять воздействию грунтовых вод; которые растворяя некоторые породы, выносят из их толщи мельчайшие частицы. В результате появляется пористость основания, которая снижает его несущую способность • не допускать просадок и оползней; просадка возможна под воздействием нагрузки от здания и при недостаточной толщи плотных грунтов, т. е. если ниже залегает массив рыхлых грунтов.

3. Грунты и их строительные свойства. Глинистые грунты состоят из мельчайших частиц чешуйчатой формы размерами в плане менее 0, 005 мм и толщиной менее 0, 001 мм. Благодаря большой удельной поверхности соприкосновения и наличию тонких капилляров, всасы вающих подземную воду, создается взаимное притяжение частиц, обусловливающее вязкость глинистых грунтов. К глинистым грунтам относят глину, супеси и суглинки. Глиной называют глинистый грунт, содержащий более 30% глинистых частиц; суглинком — грунт, содержащий от 10 до 30% тех же частиц, и су песью — от 3 до 10%. В зависимости от влажности глинистые грунты могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии. Несущая способность твердых глин больше, чем у пластичных. При замерзании глинистые грунты вспучиваются. Вследствие небольшой скорости уплотнения частиц грунты обладают длительной осадкой под нагрузкой.

Песчаные грунты состоят из частиц размером от 0, 1 до 2, 0 мм и подразделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мел кие и пылеватые, а по минеральному составу — на кварцевые, слан цевые и известковые. Наиболее прочны кварцевые пески. С увеличе нием содержания пылеватых и глинистых частиц прочность песчаного грунта уменьшается. Вследствие значительной водопроницаемости увлажнение гравелистых, крупных и средней крупности песков почти не сказывается на их механических свойствах, а при насыщении водой мелких и пылеватых песков последние становятся текучими (плыву ны), приобретают подвижность, при этом уменьшается их несущая спо собность. Крупные и чистые пески промерзании не вспучиваются, дают быструю, окончательную осадку под нагрузкой и являются хо рошим основанием.

Крупнообломочные грунты представляют собой не связанные об ломки скальных пород, содержащих свыше 50% обломков крупнее 2 мм. Их подразделяют на щебень, дресву, гальку и гравий. Они не подвержены вспучиванию, малосжимаемы, не размываются водой; основания из них надежны. Скальные грунты залегают сплошными массивами или трещинова тыми лоями и (при отсутствии трещин с или пустот) являются наиболее прочным основанием. К скальным грунтам относят граниты, кварциты, песчаники, известняки и др. Грунты, имеющие прочность при сжатии образца в водонасыщенном состоянии менее 0, 5 МПа, называют полускальными (растворимые гипсы и гипсовые песчаники, плотные глины и песчаники).

4. Несущую способность слабого грунта можно увеличить путем его уплотнения, закрепления или замены слабого грунта на более прочный. Уплотняют грунты укаткой, трамбованием, вибрацией и устройством грунтовых свай. Укатка грунта катками уплотняет его не 15… 20 см, а трамбование падающими механическими трамбовками – на глубину до 1, 5… 2, 0 м, причем в последнем случае несущая способность увеличивается до 30%.

Крупнообломочные и крупнозернистые песчаные грунты хорошо уплотняются поверхностными вибраторами. Укатка, трамбование и вибрирование относятся к поверхностному уплотнению грунтов. Глубинное уплотнение производят глубинными вибраторами или с помощью грунтовых свай (путем заполнения заготовленных скважин песком или грунтом с послойным трамбованием его до необходимой плотности). Длина свай может достигать 4 12 м.

Закрепление грунтов производят • силикатизацией, • цементированием • или битумизацией — путем нагнетания по трубам в грунт соответст вующих мульсий. э Применение одного из трех указанных способов определяется видом грунтов.

Силикатизацией (нагнетание в грунт через трубы жидкого стекла и хлористого кальция) можно закрепить песчаные пылеватые грунты, плывуны, цементированием (нагнетание в грунт цементного молока) — гравелистые крупно и среднезернистые грунты. Битумизация применяется для закрепления сильно тре щиноватых скальных и песчаных пород и песчаных грунтов. После затвердевания эмульсии в порах грунта происходит его окаменение.

Замена слабого грунта более плотным производится устройством песчаных или щебеночных подушек. Песчаную подушку выполняют из средне или крупнозернистого песка с увлажнением и уплотнением его при укладке. Подушка распределяет давление от фундамента на большую площадь слабого грунта и уменьшает его за счет своей упру гости.

Классификация фундаментов и требования к ним • • • Классификация фундаментов. Конструкции ленточных фундаментов. Столбчатые и сплошные фундаменты. Свайные фундаменты. Безростверковые свайные фундаменты Требования к фундаментам.

Фундаментом называют конструктивный элемент здания, воспринимающий нагрузку от надземных его частей и передающий их основанию. Фундаменты классифицируют по конструктивным схемам, материалу, характеру работы, глубине заложения, и по конструктивному решению.

Конструктивные схемы фундаментов а – ленточные; б столбчатые; в – сплошной; г – свайный. 1 монолитная железобетонная плита; 2 – сваи; 3 – ростверк; 4 – стена; 5 – фундаментные балки.

По материалу По характеру работы 1. Из природного камня. 2. бутобетона 3. бетонные 4. Ж/ бетонные Жесткие (работающие только на сжатие) Гибкие (работающие на сжатие и на изгиб) По глубине заложения По констр. схемам Мелкого Ленточные заложения (до Столбчатые 5 м) Сплошные Глубокого свайные заложения (более 5 м) По Устройству Монолитные Сборные

2. Ленточные фундаменты устраивают под несущими стенами бескаркасных зданий.

В малоэтажных зданиях такие фундаменты выполняют: из бутового камня постелистой или рванной формы (рис 1. , а); их укладывают на цементном растворе с перевязкой (несовпадением) вертикальных швов. бутобетонные (см. рис. 1, б) изготовляют из бутового камня, втопленного в бетонную смесь. Такие фундаменты возводят также в малоэтажных зданиях, причем в щитовой опалубке или в траншеях (при плотных грунтах). Уширение фундаментов ведут уступами шириной 150— 250 мм и высотой 300 мм. Наименьшая ширина бутобенных фундаментов 350 мм. По сравнению с фундаментами из бутового камня они менее трудоемки, но отличаются повышенным расходом цемента; бетонные (см. рис. 1, в) выполняют в опалубке из монолитного бетона. Устройство таких фундаментов требует повышенного рас хода цемента. Большинство бескаркасных зданий возводят на блоч ных ундаментах ф (см. рис. 2, а). Их монтируют из плит прямоугольного или трапециевидного сечения, уклады ваемых на выровненное основание или на песчаную подготовку. Сборные ленточные фундаменты под стены состоят из фундаментных блоков подушек и стеновых фундаментных бло ков. Ряды стеновых блоков укладывают, соблюдая перевязку швов. Продольные и поперечные стены ленточных фундаментов в местах сопряжения должны иметь перевязку.

Блочные прерывистые фундаменты (рис. 2, б) мон тируют из плит, укладываемых с разрывом от 0, 2 0, 9 м. Это сокращает расход материала, уменьшает затраты труда; в итоге полнее используется несущая способность основания.

3. Столбчатые и сплошные фундаменты. Каркасные здания возводят на столбчатых фунда ментах (рис. 26). В состав таких фундаментов входят: плитная часть из одной или нескольких ступеней; подко лонник с углублением ( «стаканом» ) для установки ко лонны. По конструктивному решению столбчатые фундаменты могут быть монолитными, возводимыми на месте строи тельства в опалубке, в которую укладывают бетонную смесь; сборными, изготовленными на предприятиях строи тельной ндустрии. Под и кирпичные столбы фундаменты выполняют из железобетонных плит, уложен ных дна на другую, или в виде ступенчатых опор из о природного камня. Столбчатые фундаменты под несущими стенами зда ния (рис. 5) устанавливают в углах, в местах примыкания и пересечения стен, а на протяженных участках через 3 6 м. Поверх опор столбчатых фундаментов укладывают железобетонные балки, передающие нагрузки от стен на фундаменты. Для предупреждения деформаций осадки и пучения основания под фундаментными балками устраивают утепляющую «подушку» из шлака или песка.

Сплошной фундамент (рис, 4) в виде монолитной железобетонной плиты устраивают под всей площадью здания. Такие фундаменты возводятся при значительных нагрузках или при слабых и неоднородных грунтах основания. Сплошные фундаменты обеспечивают равно мерную осадку здания и защищают подвальные помеще ния от подпора грунтовых вод.

4. Свайные фундаменты Стержни из бетона, железобетона и других материа лов в толще грунтового основания, воспринимающие на грузку т здания, называют о свайным фундаментом. Та кие фундаменты (рис. 6. ) состоят из погруженных в грунт свай, объединенных поверху балкой ростверка. Конст рукции свайных фундаментов классифицируют: по характеру работы на сваи стойки (рис. 6, а), пе редающие агрузку н от здания на нижележащий массив плотных грунтов, и висячие сваи (рис. 6, б, в. ), уплотняю щие толщу основания, на которое передается нагрузка от здания; по роду материала на железобетонные, деревянные (из бревен хвойных пород) и металлические (стальные); по конструктивным решениям; по этому признаку могут быть: из забивных свай, изготовленных на предприятиях стройиндустрии и на строительной площадке, погружаемых в грунт с помощью механизмов; из набивных свай, (рис. 6, в) выполняемых на месте строительства путем бурения скважин и последующего заполнения их бетоном; по глубине заложения: короткие сваи (3— 6 м) и длине (более 6 м).

Рис. 6. Виды свайных фундаментов. 1 свая забивная; 2 ростверк; 3 свая набивная.

Свайные фундаменты применяются при строительстве в сложных геологических условиях и при возведении бесподвальных зданий. Такие фундаменты даже на естественном основании по стоимости, затратам труда их расходу материала эффективнее ленточных фундаментов.

5. Безростверковые свайные фундаменты. Наружные стены полносборных зданий при безростверковых фундаментах (рис. 8) опирают на оголовки свай. Внутренние поперечные стены в подземной части здания заменены сваями с надетыми на них сборными оголовками типа «колокол» . Ствол сваи заделывают в пирамидальное отверстие оголовка на глубину не ме нее 100 мм. По выровненной плоскости с оголовком укладывают плиты подвального перекрытия. Безростверковые свайные фундаменты по сравнению с ростверковыми экономичны по стоимости, затратам труда и расходу материалов.

• Технико экономическую оценку фундаментов ведут с учетом конкретных условий строительной площадки, особенностей возводимого здания и показателей стоимо сти, трудоемкости и расхода основных строительных ма териалов. Технико экономические показатели различных конструктивных вариантов приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технико экономические показатели фундаментов 8 этажных домов в расчете на 1 м 2 жилой площади при одинаковых условиях Фундаменты 1. Ленточный Стои Затраты м Расход материала ость, % труда, чел. Бетон м 3 цемент, сталъ, кг дн. кг сетон, м « 100 0, 125 0, 078 24 2, 7 2. Свайный 90 0, 12 0, 054 20 3, 1 3. Безростверковый свай ый н 72 0, 108 0, 045 16, 8 2, 6 4. В вытрамбованном котловане 56 0, 09 0, 027 12 1, 5

6. Основные требования к фундаментам. Фундаменты зданий должны быть прочными, устой чивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фунда мента, долговечными, экономичными и индустриальными. Фундамен ты капитальных зданий выполняют из бута, бутобетона, бетона и же лезобетона. При отсутствии других материалов разрешается приме нять для фундамента хорошо обожженный кирпич.