Общие сведения. Простейшие типы фундаментов

Тема 1.3 Основания и фундаменты

Основные понятия

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 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.

Крупнообломочные грунты состоят из несвязанных между собой обломков горных пород угловатых неокатанных (щебень, дресва) или окатанных (галька, гравий). В щебне и гальке большую часть (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.

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, более 50% частиц крупнее 0,5 мм, средние — более 50% частиц крупнее 0,25 мм, мелкие — более 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.

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 ω_р, а между пластичной и вязко-текучей консистенцией — пределом текучести ω_т. Число пластичности J_р — это разность этих величин. 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 J_L = (ω - ω_р): J_р., где ω — реальная влажность грунта. По этому показателю супеси считают твердыми (J_L<0), пластичными (0≤ J_L≤1) или текучими (J_L >1), а глины и суглинки — твердыми (J_L <0), полутвердыми (0≤ J_L ≤0,25), тугопластичными (0,25≤ J_L ≤0,5), мягкопластичными (0,5≤ J_L ≤0,75), текучепластичными (0,75≤ J_L ≤1) и текучими (J_L >1).

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.

Рис. 1. Виды фундаментов разных опор:

1 — фундамент: 2 — подошва фундамента; 3 — эпюра давления на грунт под подошвой фундамента;
4 — свая; 5 — оболочка; 6 — опускной колодец;
7 — эпюра давления на грунт боковой поверхностью фундамента

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.

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 к низу 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 (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.

Массивные фундаменты обычно делают монолитными бетонными и в большинстве случаев бетонируют на месте. Ленточные фундаменты, как правило, устраивают сборными железобетонными. Железобетонные сваи изготавливают на заводах или полигонах. Оболочки составляют из отдельных железобетонных звеньев, доставляемых готовыми с завода.

В тех случаях, когда фундамент может подвергаться действию агрессивной воды, содержащей вредные для бетона вещества (сернокислые соли — сульфаты, свободную углекислоту, сильные щелочи и др.), применяют сульфатостойкий портландцемент, сульфатостойкий пуццолановый портландцемент или глиноземистый цемент. Устраивают также покрытие фундаментов водонепроницаемыми обмазками на битумной или полимерной основе.

Дата добавления: 2015-08-27