Фундаменты глубокого заложения.

Конструирование фундаментов глубокого заложения.

Необходимость в фундаментах глубокого заложения возникает, если сооружение должно быть опущено на большую глубину (подземные и заглубленные сооружения); если сооружение создает большие нагрузки, а верхние слои представлены значительной толщей слабых грунтов, подстилаемых прочными скальными грунтами; если сооружение передает на основание значительные горизонтальные нагрузки; если имеется высокое залегание грунтовых вод.

При необходимости закладывать фундамент на глубине, превышающей 5 м, применяются фундаменты глубокого заложения: сваи, опускные колодцы и кессоны. Фундаменты глубокого заложения характеризуются большой несущей способностью и применяются в строительстве многоэтажных домов, а так же тяжёлых производственных зданий и сооружений из кирпича и бетона.

При расчёте фундаментов глубокого заложения учитываются:

1. Результаты гидрогеологических изысканий площадки определённой под строительство, где определяются характеристики грунтов, их несущая способность, наличие и глубина залегания грунтовых вод.

2. Материалы инженерных изысканий:

- определение и сбор действующих на основание нагрузок,

- конструктивные и технологические особенности здания или сооружения

- условия эксплуатации

- глубина сезонного промерзания грунтов.

Сваи, в зависимости от расположения уровня грунтовых вод и метода строительства, могут быть деревянные, железобетонные забивные и набивные.

Опускные колодцы представляют собой кирпичные, бетонные или железобетонные открытые сверху и снизу ящики, изготовляемые на поверхности и опускающиеся под действием собственного веса при удалении грунта из-под стенок. Глубина опускания колодцев 10—20 м. Опускные колодцы используются для устройства фундаментов глубокого заложения под сооружения большой массы, также в качестве конструкций ограждения в канализационных и водозаборных сооружениях, опор, в том числе и подводных. Чаще всего в плане колодцы бывают круглого очертания, иногда прямоугольного и эллиптического. Колодец предварительно возводится из монолитного железобетона на поверхности земли. Его нижняя, режущая часть выполняется скошенной и облицовывается листовой сталью или уголком.

Бетонируют стенки колодца поясами с послойным уплотнением смеси в опалубке. Верхние пояса колодца бетонируются в процессе погружения.

На ножевой части опалубку снимают после достижения твердости в 100%, а высших поясов – при 70%. Подготовленный колодец опускается, подбирая при этом внутри его грунт, с направлением от центра к ножу. Колодец опускается под собственным весом, при этом выдавливая часть грунта.

Если обильные грунтовые воды сильно затрудняют работы по выемке грунта из-под опускных колодцев, применяют кессоны, которые обычно представляют собой железобетонные камеры, куда нагнетается сжатый воздух, вытесняющий воду.

Фундаменты глубокого заложения, сооружаемые методом «стена в грунте». В таком методе отрывают узкую траншею шириной 0,4-1м с вертикальными стенками на всю глубину (до 35м).

Разборка грунта ведется под слоем тиксотропного глинистого раствора экскаватором или агрегатом, оборудованным жесткой штангой с открытым ковшом, лопастными или резцовыми фрезами, широкозахватным грейфером, шнековыми рабочими органами.

После этого в траншее устанавливается стенка из монолитного или сборного железобетона. Возведенные участки стен фундаментов глубокого заложения заанкеривают в толще грунта специальными устройствами с наружной стороны фундамента. Стены по плану могут быть различного вида. После замыкания контуров стены, начинают механизированную разработку грунта до заданной отметки отдельными ярусами. Стыки между панелями, которые открываются в процессе разработки грунта, заделывают бетоном. После того как работы с грунтом окончены, приступают к выполнению монтажа конструкций фундамента.

. Сопряжение фундаментов и надфундаментных конструкций.

Основным типом фундаментов, устраиваемых под колонны, являются монолитные железобетонные фундаменты, включающие плитную часть ступенчатой формы и подколонник. Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (см. рис. 4.1, а), монолитных — соединением арматуры колонн с выпусками из фундамента (рис. 4.8, а), стальных — креплением башмака колонны к анкерным болтам, забетонированным в фундаменте (рис. 4.8, б).

Рис. 4.8. Соединение колонн с фундаментом

а — монолитной; б — стальной; 1 — арматурные сетки; 2 — анкерные болты.

Сопряжение свайного ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся, так и жестким.

Свободное опирание ростверка на сваи должно учитываться в расчетах условно как шарнирное сопряжение и при монолитных ростверках должно выполняться путем заделки головы сваи в ростверк на глубину 5—10 см.

Жесткое сопряжение свайного ростверка со сваями следует предусматривать в случае, когда:

а) стволы свай располагаются в слабых грунтах (рыхлых песках, пылевато-глинистых грунтах текучей консистенции, илах, торфах и т.п.);

б) в месте сопряжения сжимающая нагрузка, передаваемая на сваю, приложена к ней с эксцентриситетом, выходящим за пределы ее ядра сечения;

в) на сваю действуют горизонтальные нагрузки, значения перемещений от которых при свободном опирании оказываются более предельных для проектируемого здания или сооружения;

г) в фундаменте имеются наклонные или составные вертикальные сваи;

д) сваи работают на выдергивающие нагрузки.

Жесткое сопряжение железобетонных свай с монолитным железобетонным ростверком следует предусматривать с заделкой головы сваи в ростверк на глубину, соответствующую длине анкеровки арматуры, или с заделкой в ростверк выпусков арматуры на длину их анкеровки в соответствии с требованиями ДБН. В последнем случае в голове предварительно напряженных свай должен быть предусмотрен ненапрягаемый арматурный каркас, используемый в дальнейшем в качестве анкерной арматуры.

Допускается также жесткое сопряжение с помощью сварки закладных стальных элементов при условии обеспечения требуемой прочности.

Связь между блоками продольных и угловых стен обеспечивается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диаметром б... 10 мм (рис. 4,10).

Рис. 4.10. Сопряжение фундаментов продольных и поперечных стен:

а сопряжение железобетонных подушек, б - то же. блоков нечетного ряда, в — то же. четного, 1 — сетка из круглой стали диаметром 6...10 мм. 2 — участок, бетонируемый по месту, 3 - заполнение шва раствором.

Продольные и поперечные стены ленточных фундаментов в местах сопряжения должны иметь перевязку.

Фундаментные балки, стеновые блоки и цокольные панели ограждающих конструкций подвалов

Фундаментные балки применяют для опирания внешних и внутренних стен зданий зданий промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

. Конструкции предназначены для применения в отапливаемых и не отапливаемых помещениях, которые строятся в районах с расчетной зимней температурой внешнего воздуха не ниже - 40°C (за расчетную зимнюю температуру окружающего воздуха принимается средняя температура воздуха наиболее холодных пяти суток, в зависимости от района строительства). Кроме того учитывается сейсмическая – до 7 баллов включительно – и низкая степень влияния почвы (неагрессивная или слабоагрессивная).

В зависимости от технических характеристик, фундаментные балки применяются для навесных и самонесущих панельных стен и перегородок толщиной до 400 мм, кирпичных стен толщиной до 510 мм. Железобетонные фундаментные балки для стен зданий изготавливают из тяжелого бетона марки 300 и 400 таврового сечения при пролетах 6 м и двутаврового сечения для пролетов 12 м.

Блоки стеновые - один из строительных материалов для кладки стен с минимальными швами. Стеновые блоки разной толщины с успехом используются для заполнения каркаса при монолитном железобетонном домостроении.

Большая (основная) часть стеновых блоков производится из легкого ячеистого бетона. В основном различают пенобетонные и газосиликатные блоки.

Пенобетон - это легкий ячеистый бетон, получаемый в следствии естественного твердения раствора, состоящего из цемента, песка и воды, а также пены. По технологии производства пенобетона получают готовые изделия в виде блоков (пенобетон заливается по блок-формам и затвердевает естественным способом).

Газосиликат также является ячеистым бетоном, состоящим из кварцевого песка, цемента, извести и воды. В эту смесь добавляют алюминиевую пудру, которая служит газообразователем. Эти компоненты смешиваются и поступают в автоклав, где при определенных условиях происходит их вспенивание и последующее твердение. Изделия из газосиликата изготавливаются в заводских условиях и поступают в руки заказчика в виде готовых к строительству блоков.

Таким образом, основные составляющие пенобетона и газосиликата практически одинаковые. Разница только лишь в используемом вспенивателе, и в способе отвердения.

Стеновые блоки изготавливаются также из керамзитобетона. Для таких стеновых блоков родительским материалом служит керамзит (главный вид пористого заполнителя), вода, цемент. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу керамзита, придает ей высокую прочность! Керамзитобетонные блоки имеют отличные теплоизоляционные свойства. Стеновые блоки из керамзитобетона и газосиликата выделяются среди всех за хорошие тепло-звукоизоляционные свойства и малый вес. Эти блоки являются негорючими и не разрушающимися под воздействием высоких температур.

Сборные фундаменты в зависимости от строительной системы здания монтируют из различных конструктивных элементов. В панельных зданиях сборные ленточные фундаменты устраивают из железобетонных плит - подушек и бетонных цокольных (наружных и внутренних) панелей.

В зависимости от проектируемого температурного режима подвала (подполья) наружные цокольные панели могут быть утеплёнными (одно- или трёхслойными) или неутеплёнными. В цокольных панелях под внутренние стены предусматриваются проёмы для сквозного прохода по подполью (подвалу) и пропуску инженерных коммуникаций.

Цокольные панели используются в промышленном и сельскохозяйственном строительстве. Утепленные панели являются надежным материалом ограждающих конструкций подвала с высокой прочностью и низкой теплопроводностью.

Проверка давления на подстилающий слой слабого грунта.

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.

Рис.

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

, где

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

R_z – расчетное сопротивление грунта на глубине кровли слабого слоя, определяют по формуле ДБН, как для условного фундамента шириной b_z и глубиной заложения d_z.

Все коэффициенты в формуле (γ_c1, γ_c2, k, M_q, M_g и т.д.) находят применительно к слою слабого грунта.

; ;

;

Рис. 10.15. Расчетная схема к проверке давления на подстилающий слой слабого грунта.

Ширину условного фундамента b_z 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

N_II – 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.

Расчет фундаментов по второй группе предельных состояний.

Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний:

– по первой группе — по несущей способности;

– по второй группе — по деформациям (по осадкам, прогибам, подъемам и пр.).

Основной целью расчета оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) является ограничение перемещений фундаментов такими предельными значениями, которые гарантируют нормальную эксплуатацию и требуемую долговечность зданий и сооружений, исключая возможность проявления значительных неравномерности осадок, связанных с появлением кренов, изменения проектных отметок и положений конструкций и их соединений.

Так как проектирование оснований начинают с назначения глубины заложения фундамента, то ограничение осадки последнего производят назначением определенных размеров подошвы, а ограничения возможных неравномерностей осадок часто добиваются за счет варьирования размерами подошвы, тем самым уменьшая или увеличивая давление в грунте основания, что позволяет регулировать осадки отдельных фундаментов.

Предельно допустимые деформации определяются в основном эксплуатационными требованиями, предъявляемыми к сооружению.

Целью расчета оснований по деформациям является ограничение абсолютных и относительных перемещений фундаментов, а также надфундаментных конструкций такими пределами, при которых гарантируется нормальная эксплуатация сооружения и не снижается его долговечность вследствие появления недопустимых осадок, подъемов, кренов, прогибов.

Расчет оснований по деформациям производится исходя из условия

где s - совместная деформация основания и сооружения, определяемая расчетом; - предельное значение совместной деформации основания и сооружения.

Деформации оснований подразделяются на:

- осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

- просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения и сопровождающиеся коренным изменением структуры грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов (замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замершем грунте и др.);

- подъемы и осадки, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии на них химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

- оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, понижением уровня грунтовых вод, проявлением карста;

- горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных конструкций, подпорные стены) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса.

Расчет деформации основания может быть выполнен с использованием как аналитических, так и численных методов расчета. К аналитическим методам относятся:

- метод элементарного послойного суммирования

- метод эквивалентного слоя грунта

- метод линейно-деформируемого слоя.

Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле

где β- безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8; - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней zi-1и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; hi и Ei - соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта; n - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

При этом распределение вертикальных нормальных напряжений по глубине основания принимается в соответствии со схемой, приведенной на рис.Ф.10.10.

Рис.Ф.10.10. Схема распределения вертикальных напряжений:

DL - отметка планировки; NL - отметка поверхности природного рельефа; FL - отметка подошвы фундамента;WL - уровень подземных вод; ВС - нижняя граница сжимаемой толщи

Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента s zp - по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле

где α - коэффициент, принимаемый в зависимости от формы подошвы фундамента и относительной глубины ; p0- дополнительное вертикальное давление на основание, определяемое из выражения ; p - среднее давление под подошвой фундамента;

- вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы фундамента (при планировке срезкой принимается = g _d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой = g _dn, где g - удельный вес грунта, расположенного выше подошвы; d и dn - глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки DL и природного рельефа NL.

Конструирование фундаментов.

Дата добавления: 2015-07-16