ТЕМА: Общие сведения об основаниях и фундаментах

ТЕМА:
Общие сведения об основаниях и фундаментах
1. Общие сведения
Что называется основанием?
Основанием называется массив грунта, находящийся непосредственно под сооружением и
рядом с ним, который деформируется от усилий, передаваемых ему с помощью
фундаментов. Если строительные свойства грунтов основания мы специально не улучшаем
и не изменяем, то такое основание называется естественным в отличие от искусственного
основания, в котором строительные свойства грунтов преднамеренно нами улучшены для
того, чтобы уменьшить сжимаемость грунтов, увеличить их прочность, изменить
водопроницаемость и др.
Основания, созданные искусственно уложенными грунтами в результате отсыпки с
уплотнением или намыва, также называются искусственными.
На какие виды можно подразделить основания?
Основания можно подразделить на нескальные и скальные. Нескальные основания
представляют собой массивы, сложенные крупнообломочными, песчаными и пылеватоглинистыми 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.
Что называется фундаментом?
Фундаментом называется подземная или подводная часть здания или сооружения,
служащая для передачи усилий от него на грунты основания и, по возможности, более
равномерного их распределения, а также уменьшения величины давлений до требуемых
значений.
Грунты, которые могут служить основанием инженерных сооружений, разделяются на:
скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.
Крупнообломочные грунты состоят из несвязанных между собой обломков горных
пород угловатых неокатанных (щебень, дресва) или окатанных (галька, гравий). В щебне и
гальке большую половину (по массе) составляют частицы размером более 10 мм; в дресве
и гравии таких частиц менее половины. Крупнообломочные породы имеют большую
несущую способность, водопроницаемы, малосжимаемы и обычно служат хорошим
основанием сооружений.
Скальные грунты (граниты, песчаники, известняки и др.) в большинстве случаев
имеют большую прочность и 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.
Песчаные грунты состоят из зерен размером менее 2 мм. В зависимости от
содержания зерен разной крупности различают: гравелистые, крупные, средние, мелкие и
пылеватые пески. Гравелистые пески имеют (по массе) более 25% частиц крупнее 2 мм,
крупные - более 50% частиц крупнее 0,5 мм, средние - более 50% частиц крупнее 0,25 мм,
мелкие - более 75% частиц крупнее 0,1 мм и пылеватые - менее 75% частиц крупнее 0,1
мм. Несущая способность песчаного грунта тем больше, чем крупнее и шероховатее его
зерна и чем он плотнее. Увлажнение уменьшает несущую способность песков.
Насыщенные водой мелкие пески превращаются в плывуны. Песчаные грунты имеют
хорошую несущую способность. Под нагрузкой они уплотняются за счет уменьшения
объема пор и отжатия из них воды. Появившиеся осадки довольно быстро прекращаются.
1
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.
Для оценки состояния и несущей способности песчаных и глинистых грунтов
используют ряд характерных показателей.
Так, коэффициент пористости е представляет собой отношение объема пор в
единице объема грунта к объему уплотненной твердой фазы. Он может характеризовать
плотность, а следовательно, и прочность песчаных и глинистых грунтов. В зависимости от
влажности грунты обладают различной подвижностью - консистенцией и могут находиться в
твердом, полутвердом, пластичном и вязко-текучем состоянии. Влажность на границе
между полутвердым и пластичным состоянием (консистенцией) называют пределом
пластичности ωр, а между пластичной и вязко-текучей консистенцией - пределом текучести
ωm. Число пластичности jp - это разность этих величин, т. е. jp = ωm - ωр. Она служит
показателем пластичных свойств грунта, влияющих на прочность, и зависит в основном от
минералогического состава грунта.
Для оценки консистенции глинистых грунтов используют коэффициент консистенции
jL = (ω - ωр) : jp, где ω - реальная влажность грунта. По этому показателю супеси считают
твердыми, пластичными или текучими, а глины и суглинки - твердыми, полутвердыми,
тугопластичными, мягкопластичными, текучепластичными и текучими.
Для оценки влажности грунтов используют отношение G объема воды в порах к
общему объему пор, которое называют степенью влажности грунта. При G?0,5 грунт
называют маловлажным, при 0,5<G?0,8 - влажным и при G>0,8 - насыщенным.
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 основанием сооружения,
прибегают к улучшению его специальными способами, устраивая искусственное основание.
По какому принципу фундаменты можно подразделить на фундаменты мелкого и
глубокого заложения?
По общепринятой классификации в зависимости от характера деформации грунта в
основании фундаменты подразделяются на фундаменты мелкого и глубокого заложения.
Подобная классификация основана на характере развития зон предельного равновесия в
массиве грунта, окружающего фундамент.
Характер деформации грунта в предельном состоянии зависит от относительной глубины
заложения d/b. На рис.5.1 показано очертание зон предельного равновесия для
фундаментов с различной относительной глубиной заложения.
Рис. 5.1. Зоны с предельным
состоянием
при
различных
значениях d/b: а - d/b = 1/2;
б-
; в - d/b =2-4
При d/b = 1/2 фундаменты
2
относятся к категории мелкого заложения. Предельное состояние основания
характеризуется выпором грунта на поверхность основания. В большинстве случаев
реальные фундаменты имеют глубину заложения не более 3,5 м.
При глубине заложения от 2 до 5 м и относительной глубине заложения
фундаменты относятся к категории средней глубины заложения. В предельном состоянии
наблюдается не только выпирание грунта на поверхность, но и развитие зон предельного
равновесия по направлению вглубь основания.
Фундаментами глубокого заложения называются такие, у которых не наблюдается выпора грунта на
поверхность. Предельное состояние основания характеризуется развитием зон предельного
равновесия вглубь него. Подобное состояние может возникнуть в основании свайных фундаментов,
фундаментов-оболочек и буровых опор. Существует также определение, что фундаменты мелкого
заложения - это фундаменты, сооружаемые в открытых котлованах, а фундаменты глубокого
заложения не требуют вскрытия котлованов.
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 (рис.1, а). 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 (рис.1,
д).
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.
Для увеличения площади опирания на грунт массивные фундаменты часто уширяют книзу
последовательными уступами (см. рис.1, а). Ленточные фундаменты отличаются
значительным развитием в одном из направлений в плане. Их обычно применяют при
мелком заложении под длинные сооружения (например, стены) или же их устраивают для
распределения сосредоточенных давлений от столбчатых опор (рис.1, б). Фундаменты из
свай (рис.1, в) и оболочек (рис.1, г) поддерживают опору и передают ее давление на
глубоко залегающие слои грунта. При этом давление может передаваться не только
нижними концами свай или оболочек, но и трением их боковой поверхности об окружающий
грунт. Фундаменты из опускных колодцев (рис.1, д) или кессонов представляют собой
массивные фундаменты глубокого заложения, сооружаемые специальными методами.
Рис.1. Виды фундаментов разных опор
1 - фундамент;
3
Отличаются ли конструктивно фундаменты мелкого и глубокого заложения?
Да, отличаются. Фундаменты глубокого заложения, в отличие от фундаментов мелкого
заложения, имеют более развитую боковую поверхность и подошву фундамента.
Кроме того, фундаменты мелкого заложения устраиваются с разработкой котлованов, а
фундаменты глубокого заложения - непосредственно в грунте.
Армирование фундаментов также различно. У фундаментов мелкого заложения армируется
только подошва (рис.Ф.9.11,а,б), а у фундаментов глубокого заложения - как оболочка
(наружная часть), так и днище фундамента (рис.Ф.9.11,в).
Рис.Ф.9.11.
Конструкция
фундаментов мелкого (а,б) и
глубокого
(в)
заложения:
а - ленточный фундамент; б столбчатый
фундамент;
в
опускной
колодец:
1 - стеновые блоки; 2 - плитаподушка; 3 - фундаментная балка; 4
- опорная подушка; 5 - стакан; 6 ступени; 7 - оболочка; 8 - нож; 9 днище; 10 - перекрытие
4
5