эл. учебник. И фундаменты
Скачать 1.24 Mb.
|
1) rf6Yu + Мсси], (9.Часто наиболее рациональными являются фундаменты на естественном основании. Когда передать давление от соору- 212 жения на естественное основание не представляется возмож- ным, делают свайные фундаменты, глубокие опоры или устраивают искусственно улучшенное основание. Проектирование оснований и фундаментов состоит из двух частей: 1) выбора типа фундаментов и основных размеров (глубины заложения, размеров подошвы фундаментов), 2) проектирования детальных размеров тела и арматуры фундаментов (толщины плиты или плитной части фундамента, размеров уступов, ребер плиты и др.)- Последние вопросы рассматриваются в курсе железобетонных конструкций. Выбор основных размеров фундаментов фактически является проектированием основания, так как при этом предопределяется объем зоны деформации залегающих грунтов, испытывающих дополнительные напряжения и возможный ха» рактер деформаций основания. 9.5.2. Основные факторы, влияющие на тип и глубину заложения подошвы фундаментов Выбор типа и глубины заложения подошвы фундаментов — один из главных этапов их проектирования. Обычно чем выше располагается подошва фундамента, тем меньше стоимость работ по его устройству, поэтому стремятся принимать возможно меньшую глубину заложения подошвы фундаментов. Однако часто самые верхние слои грунта не соответствуют требованиям, предъявляемым к грунтам основания, так как, во-первых, они обладают большой сжимаемостью и малой несущей способностью, а во-вторых, периодически изменяют объем и прочность под влиянием метеорологических факторов, а также в результате деятельности растительного и животного мира. В связи с этим основная задача при выборе типа и глубины заложения подошвы фундаментов состоит в решении вопроса о несущем слое грунта, который совместно с подстилающими слоями обеспечивал бы при деформации грунтов развитие неравномерности осадки в пределах допустимых значений. Решая эти вопросы, учитывают три основных фактора: инженерно-геологические условия площадки строитель ства; климатические воздействия на верхние слои грунта; особенности возводимых и соседних сооружений. Обычно намечают несколько вариантов решения поставленной задачи и на основе технико-экономического их сравнения окончательно выбирают тип и глубину заложения подошвы фундамента. При этом отбрасывают варианты, при которых неравномерности осадки превышают предельные значения или не обеспечивается долговечное существование сооружения. 213 Для всех вариантов, кроме отброшенных, определяют приведенные затраты на устройство фундаментов, в которые включают также расходы, обусловленные различием в стоимости возведения надземных конструкций (например, на армирование кладки или на устройство осадочных швов). В некоторых случаях приходится учитывать стоимость послеосадочного ремонта, а также расходы, связанные с остановкой производства. Иногда дополнительно учитывают выполнимость работ в зимнее время, возможность возведения фундаментов в сжатые сроки и т. п. Итак, при выборе типа и глубины заложения подошвы фундаментов задачу рассматривают комплексно (что, на чем и как строится). 9.5.3. Инженерно-геологические условия площадки строительства Каждая площадка строительства обладает специфическими особенностями, прежде всего сугубо индивидуальным напластованием грунтов. Это обстоятельство затрудняет оценку их влияния на выбор глубины заложения подошвы фундаментов. В связи с этим рассмотрим типовые схемы напластования, в которые можно сгруппировать все инженерно-геологические условия. Для схематизации все грунты делят на две условные категории: слабые и надежные (хорошие). Слабыми называют грунты, если использование их в качестве основания при устройстве фундаментов в открытых котлованах не может обеспечить надежного существования проектируемого сооружения. Надежными называют грунты, которые обеспечивают требуемое существование проектируемого сооружения. Следует обратить внимание на относительность понятий «слабый» и «надежный» грунт. Эти понятия, как отмечено выше, связываются с проектируемым сооружением. Если сооружение легкое или несущие конструкции его допускают развитие больших и неравномерных осадок, то даже сильно сжимаемые грунты будут относиться к категории надежных. Наоборот, при возведении конструкций, не допускающих неравномерные осадки, а также тяжелых сооружений приходится считать слабыми даже грунты, обладающие средней сжимаемостью и с успехом используемые в основании обычных сооружений. 214 Рис. 9.13. Схемы I—III напла- стования грунтов I — надежный грунт; 2 — слабый Iгрунт Рис. 9.14. Варианты устройства фундаментов при наличии более плотных грунтов под «надежным» грунтом /—«надежный» грунт среднего качества; 2 г- более плотный грунт При указанном делении грунтов все многообразие их напластований можно представить в виде трех схем (рис. 9.13). Схема 1. С поверхности на большую глубину залегают надежные грунты. Толща их может состоять из нескольких слоев. Строительные качества грунтов всех подстилающих слоев не ниже качества грунтов верхнего слоя толщи. Решением для такой схемы напластования грунтов является принятие минимальной глубины заложения подошв фундаментов, допускаемой при учете климатических воздействий и особенностей сооружения. Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий на некоторой глубине (рис. 9.14), если это решение экономичнее. Схема П. С поверхности на некоторую глубину залегают один или несколько пластов слабых грунтов, ниже которых располагается толща надежных грунтов. При таком напластовании можно наметить ряд решений. Простейшим решением является прорезка слабых грунтов и передача нагрузки на слои надежных грунтов (рис. 9.15,а). При высоких качествах надежного грунта сооружение можно опереть на столбы (рис. 9.15,6) или сваи (рис. 9.15, е). Сваи при этом могут иметь различную длину в зависимости от качества надежных грунтов. Легкие сооружения можно возводить на сваях, передающих нагрузку на слабые грунты (рис. 9,15,г). Слабые грунты могут быть уплотнены, заменены или закреплены (рис. 9.15,5), как это изложено в п. 12.' Иногда целесообразно использовать слабые грунты в основании, понизив чувствительность несущих конструкций к неравномерным осадкам или уменьшив неравномерности осадок путем устройства сплошных фундаментных плит или ленточных фундаментов под колонны. о.) Схема III. На некоторой глубине слоистой толщи залегает один или несколько пластов слабых грунтов. В этом случае при- в в.д емлемы решения, рас- смотренные при напластовании грунтов по схеме II, однако при- Рис. 9.15. Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме II 215 Рис. 9.16. Варианты устройства фундаментов при напластовании грунтов по схеме III / — «надежный» грунт; S — слабый грунт; 3 —зона закрепления; 4 — эпюра напряжений ходится прорезать и верхний слой надежного грунта. При напластовании грунтов по схеме III верхний слой надежного грунта можно использовать в качестве распределительной подушки (рис. 9.16, а) или закрепить только слой слабого грунта (рис. 9.16,6). Таким образом, тип и глубина заложения фундаментов существенно зависят от инженерно-геологических условий площадки строительства. 9.5.4. Климатические факторы Под влиянием ежегодного промерзания и оттаивания, высыхания и увлажнения грунт может менять свой объем. Многие грунты при промерзании испытывают пучение. Пучение часто, как отмечено в п. 3.3.3, сопровождается образованием линз и прослоек льда вследствие миграции влаги к фронту промерзания; такое явление может развиваться и при промерзании грунта под фундаментами. Однако некоторые грунты не испытывают пучения, поэтому различают грунты пучиноопасиые и непучиноопасные. К пучиноопасным относятся все пыле-вато-глинистые грунты, а также пылеватые и мелкие пески. Непучиноопасными являются пески средней крупности, крупные и гравелистые, гравий, галька и скальные породы. Для определения возможности промерзания грунтов под фундаментами необходимо прежде всего знать нормативную глубину промерзания df, „. Ее значение принимают по данным наблюдений как среднюю из ежегодных (не менее 10 лет) максимальных глубин сезонного промерзания под оголенной от снега поверхностью или по карте СНиП 2.01.01—82, либо вычисляют по формуле (9.2). ^.п = ййЛ/ |
| | Mq | Мс | | МУ | | М« |
0 | 0 | 1,00 | 3,14 | 24 | 0,72 | 3,87 | 6,45 |
2 | 0,03 | 1,12 | 3,32 | 26 | 0,84 | 4,37 | 6,90 |
4 | 0,06 | 1,25 | 3,51 | 28 | 0,98 | 4,93 | 7,40 |
6 | 0,10 | 1,39 | 3,71 | 30 | 1,15 | 5,59 | 7,95 |
8 | 0,14 | 1,55 | 3,93 | 32 | 1,34 | 6,35 | 8,55 |
10 | 0,18 | 1,73 | 4,17 | 34 | 1,55 | 7,22 | 9,22 |
12 | 0,23 | 1,94 | 4,42 | 36 | 1,81 | 8,24 | . 9,97 |
14 | 0,29 | 2,17 | 4,69 | 38 | 2,11 | 9,44 | 10,80 |
16 | 0,36 | 2,43 | 4,99 | 40 | 2,46 | 10.85 | 11,73 |
18 | 0,43 | 2,73 | 5,31 | 42 | 2,88 | 12,51 | 12,79 |
20 | 0,51 | 3,06 | 6,66 | 44 | 3,38 | 14,50 | 13,98 |
22 | 0,61 | 3,44 | 6,04 | 45 | 3,66 | 15,64 | 14,64 |
<Рп и Си определены испытаниями; k = 1,1, если фи и сц приняты по таблицам, исходя из физических характеристик грунта; My, Mq, Mc— коэффициенты, зависящие от расчетного значения угла внутреннего трения фц £табл. 9.2); kz— коэффициент: kz = 1 принимается при bsg: 10 м; кг=* = (zo/b)+0,2 при b > 10 (здесь zo= 8 м); & — ширина подошвы {меньший размер) фундамента, м; упи Yn расчетное значение удельного веса грунтов, залегающих соответственно ниже подошвы фундамента и в пределах глубины заложения фундамента, кН/ма; dj—глубина заложения фундамента от пола подвала; при отсутствии пола подвала — от планировочной поверхности, м; dj, — глубина подвала, считая от планировочной отметки, но не более 2 м (при ширине подвала больше 20 м принимается db= 0); Си — расчетное значение удельного сцепления, кПа,
Иногда при определении d\ учитывают, что удельный вес бетонного пола в подвале больше удельного веса грунта.
Значения коэффициентов 7<а и 7^ принимают по таблицам СНиПа. При надежных грунтах в основании учет ус\ и уС2 иногда приводит к увеличению значения Rпочти в 2 раза. Кроме того, если ожидаемая осадка не превышает 40'% предельно допустимой, то значение Rможет быть увеличено еще на 20 %. По СНиПу значения Rможно повышать и в других случаях, например когда конструкция фундамента улучшает условия его совместной работы с основанием.
Значения коэффициеитов Му, Mqи Мсприведенные в табл. 9.2, установлены исходя из развития зон сдвигов на глу-бину 0,25&. Принятие коэффициентов условий работы ус\ и 7с2 больше единицы ведет к большому развитию этих зон. Однако, как показывает практика строительства, это вполне допустимо для грунтов, обладающих относительно небольшой сжимаемостью, так как грунты зоны сдвигов передают (в горизонтальном направлении) давление на достаточно хорошие грунты за пределами указанной зоны. Этим и объясняется сохранение
223
относительно линейной зависимости между нагрузкой на фундамент и.его осадкой.
Опыт проектирования и строительства фундаментов зданий, имеющих обычные несущие конструкции, показывает, что" для сравнительно нетяжелых зданий, например для протяженных жилых зданий высотой до 9 этажей, и жилых зданий башенного типа высотой до 14 этажей при относительно хороших грунтах (см. табл. 6 СНиП 2.02.01—83) расчет по деформации можно ограничить удовлетворением условия (9.10). При соблюдении этого условия осадки по расчету получаются существенно меньше предельно допустимых, т. е. автоматически удовлетворяются условиями (9.5) и (9.6).
В СНиП строго оговорены случаи, когда допускается такой упрощенный расчет по деформациям. Конечно, этот расчет недостаточен при наличии в основании глин и суглинков с показателем текучести h^ 0,5 и супеси при h^ 0, а также при выклинивании слоев грунта или при наклонных границах перехода от одного слоя к другому, а также в случае, когда размеры ленточных фундаментов по ширине или площади подошвы отдельных фундаментов отличаются более чем в 2 раза.
Поскольку упрощенный расчет по соотношению (9.10) условно является расчетом по деформациям, целесообразно принимать единое значение Rдля всех фундаментов отдельного сооружения. Величину Rв таком случае определяют для основного узкого фундамента. Получение большего значения Rдля широких фундаментов проектируемого сооружения нецелесообразно, так как это приведет к увеличению возможных не-равномерностей осадки.
9.6.5. Проверка давления
на подстилающий слой слабого грунта
Иногда на глубне г под несущим слоем залегает менее прочный грунт (рис. 9.19), в котором могут развиваться пластические деформации. Поэтому рекомендуется проверять напряжения, передаваемые на кровлю слабого грунта, по условию
<yzp + Ozg<Rz.(9.12)
где 0*р — дополнительное вертикальное напряжение от загрузки фундамента, определяемое по формуле (6.4); агв— напряжение от собственного веса грунта, считая от природного рельефа грунта; R? — расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого грунта г.
Величину RzСНиП рекомендует устанавливать по формуле (9.11). Коэффициенты условий работы ус\ и ^с2 и надежности k, а также коэффициенты Му, Мди Мс(см. табл. 9.2) находят при* менительно к слою слабого грунта. Значения bи dzопределяют.
224
Рис. 9.19. Схема условного фунда-
мента ABCDпри проверке давления
на подстилающий слой слабого
грунта
для условного фундамента ABCD(см. рис. 9.19), размеры которого назначают, сообразуясь с рассеиванием напряжений в пределах слоя толщиной г.
Если принять, что aZp(давление) действует по подошве условного фундамента ABCD, площадь его подошвы должна составлять