книги / Механика грунтов, основания и фундаменты

нительно к конкретным типам со­ оружений и грунтовых условий.

9.4. Мероприятия по уменьшению деформаций

оснований и их влияния на сооружения

При анализе вариантов осно­ вания и фундаментов сооружения, выборе окончательного решения и разработке проекта производст­ ва работ следует принимать во внимание возможность и необхо­ димость. осуществления ряда ме­ роприятий, направленных на улу­ чшение условий взаимодействия сооружения и основания. Эти ме­

роприятия могут быть подразделены на следующие группы: конструктивные и производственные мероприятия по уменьше­

нию чувствительности сооружений к деформациям оснований; мероприятия, направленные на улучшение строительных свойств

грунтов оснований; мероприятия по предохранению грунтов оснований в процессе

строительства и эксплуатации от ухудшения их свойств. Конструктивные и производственные мероприятия. Конструктив­

ные мероприятия могут быть двух направлений: увеличение жест­ кости сооружения или, наоборот, увеличение его гибкости. В первом случае стремятся повысить прочность и пространственную жест­ кость сооружения усилением его конструкций, в особенности конст­ рукций фундаментно-подвальной части (введение дополнительных связей в каркасных конструкциях, устройство железобетонных или армокаменных поясов в фундаментах и стенах, армирование углов здания, устройство перекрестных или сплошных фундаментов и т, п.). При этом сооружение по длине может разрезаться осадоч­ ными швами, обеспечивающими раздельную деформацию каждого блока. При проектировании осадочных швов следует предусматри­ вать возможность их дополнительного раскрытия или защемления в результате продольного крена блоков сооружения.

Во втором случае, напротив, стремятся повысить податливость

241

сооружения за счет более рациональной его компоновки в плане и по высоте, применения гибких или разрезных конструкций, разрез­ ки здания осадочными швами и т. п. В производственных сооруже­ ниях при необходимости предусматривают специальные приспособ­ ления для выравнивания конструкций и рихтовки технологического оборудования (лифтов, мостовых кранов и т. п.) при развитии неравномерных осадок.

При строительстве на пучинистых (промерзающих, набухаю­ щих) грунтах и подрабатываемых территориях возникает опасность передачи дополнительных усилий на боковую поверхность или по­ дошву фундамента при деформациях грунтов. Поэтому стремятся использовать фундаменты с малой боковой поверхностью, а засып­ ку пазух и устройство подушек под фундаментами производят из материалов, обладающих малым трением и сцеплением. Иногда даже покрывают боковую поверхность фундаментов специальными антифрикционными покрытиями.

При строительстве сооружений в стесненных условиях городской или промышленной застройки применяются мероприятия по защи­ те существующих зданий от возводимых: ограждение пятна за­ стройки шпунтом или даже «стеной в грунте», задавливание свай вместо их забивки, применение буронабивных свай и т. п.

Для уменьшения влияния неравномерных осадок, развивающих­ ся в строительный период, в проекте следует предусматривать необходимую последовательность и темпы возведения отдельных частей сооружения. В необходимых случаях также регулируются сроки замоноличивания стыков сборных и сборно-монолитных кон­ струкций.

Перечисленные выше и другие конструктивные и производствен­ ные мероприятия будут рассмотрены в соответствующих главах учебника.

Мероприятия по улучшению свойств грунтов оснований. При необ­ ходимости увеличения несущей способности и уменьшения дефор­ мируемости грунтов, находящихся в естественных условиях залега­ ния (естественных оснований), прибегают к искусственному улучше­ нию их свойств, т. е. к строительству на искусственных основаниях. При этом достигается необходимое соотношение между прочно­ стью и жесткостью сооружения и податливостью основания, обес­ печивающее развитие допустимых для данного сооружения дефор­ маций.

Методы улучшения свойств грунтов оснований будут рассмот­ рены в гл. 12. Расчет и проектирование фундаментов на искусствен­ ных основаниях производятся обычными способами с использова­ нием физико-механических характеристик грунтов основания после улучшения их свойств.

Мероприятия по сохранению свойств грунтов в процессе строитель­ ства и эксплуатации. Грунты как строительные материалы облада­ ют большой изменчивостью свойств при изменении их состояния

242

и под влиянием различных воздействий. В то же время в расчетах при проектировании оснований и фундаментов используются харак­ теристики физико-механических свойств грунтов, соответствующие определенному их состоянию: условиям природного залегания — для естественных или с учетом улучшения свойств — для искус­ ственных оснований. Ухудшение свойств грунтов в процессе стро­ ительства или эксплуатации сооружения приведет к изменению этих характеристик против принятых в проекте. Это может вызвать дополнительные деформации основания и даже аварию сооруже­ ния, поэтому в процессе строительства крайне важно обеспечить сохранение проектного состояния грунтов оснований или заранее при проектировании учесть неизбежные изменения их свойств. Для этого выполняются следующие мероприятия.

На площадках, сложенных грунтами, чувствительными к изме­ нению влажности, должны быть предусмотрены водозащитные ме­ роприятия. К ним относятся: соответствующая компоновка гене­ ральных планов застраиваемых участков; вертикальная планировка территории, обеспечивающая сток поверхностных вод; при необ­ ходимости — водопонижение, устройство дренажей, противофильтрационных завес и экранов для понижения уровня подземных вод, защиты территорий от подтопления и обеспечения нормальных условий для разработки котлована. В ряде случаев (просадочные, набухающие грунты) осуществляется прокладка водоводов в специ­ альных коробах, каналах или размещение их на безопасном рассто­ янии от сооружений, организация контроля за возможной утечкой воды. Для предотвращения оттаивания вечномерзлых оснований теплотрассы часто располагаются на поверхности территории.

Особое внимание следует уделять защите грунтов оснований от химически активных жидкостей, способных вызвать просадки, набу­ хание, активизацию карсгово-суффозионных явлений, повышение агрессивности подземных вод, коррозию материалов фундаментов

иподземных сооружений и т. п. В ряде случаев (основания предпри­ ятий химической, металлургической, энергетической промышлен­ ности, особенно при строительстве на засоленных, карстующихся

идругих грунтах) приходится при проектировании учитывать воз­ можные изменения состояния и свойств основания в процессе эксп­ луатации сооружения.

Большое значение имеет обеспечение предохранительных мероп­ риятий в процессе строительства. К ним прежде всего относится сохранение природной структуры и влажности грунтов при отрывке котлована (недопущение промораживания пучинистых грунтов ни­ же дна котлована; защита глинистых грунтов, пылеватых и мелких песков, в ряде случаев скальных и полускальных грунтов, от чрез­ мерного увлажнения атмосферными и поверхностными водами, а в районах жаркого климата — глинистых грунтов от интенсив­ ного высыхания и т. п.).

При разработке проекта производства работ следует иметь в ви­

243

ду, что чрезмерные динамические воздействия строительных меха­ низмов, перемещающихся по дну котлована (землеройные, сваебой­ ные и другие машины), могут привести к существенному наруше­ нию структуры, особенно в случае слабых грунтов, залегающих ниже дна котлована. При строительстве в условиях стесненной застройки они могут повлиять также на нормальную эксплуатацию окружающих зданий.

9.5. Технико-экономическое обоснование принимаемых решений

Оценка намеченных для проектируемого сооружения вариантов решений основания и фундаментов производится путем сравнитель­ ного анализа их технико-экономических показателей.

Сравниваемые конкурентоспособные варианты должны отвечать условиям сопоставимости, т. е. быть рассчитаны на одни и те же нагрузки в одних и тех же инженерно-геологических условиях и раз­ работаны с одинаковой степенью детальности проектной проработ­ ки. При этом объемы и стоимости работ, одинаковые по сравнива­ емым вариантам, в анализе можно не учитывать. В то же время, если какой-либо из конкурирующих вариантов содержит допол­ нительные мероприятия, например, некоторые из рассмотренных

в§ 9.4, они должны быть учтены при определении технико-экономи­ ческих показателей для этого варианта.

Технико-экономические показатели вариантов решений опреде­ ляются, как правило, для основания и фундаментов сооружения

вцелом. Для анализа этих показателей может быть выбрана сопо­ ставимая единица измерения, например 1 м2 общей площади соору­ жения, в простейших случаях — один столбчатый фундамент, фун­ дамент под 1 м стены и т. д.

При выборе конкурентоспособных вариантов фундаментов ча­ сто оказывается удобно проводить анализ объектов-аналогов про­

ектируемого сооружения, пользоваться нормативными материала­ ми для проектирования оснований и фундаментов типовых зданий и сооружений массового назначения, сметными нормами на части зданий и сооружений, прейскурантами показателей технического уровня различных фундаментов и другой нормативной литературой центральных и ведомственных изданий.

Использование объектов-аналогов может осуществляться в слу­ чае однотипных в объемно-планировочном и конструктивно-техно­ логическом отношении сооружений при одинаковых инженерно-гео­ логических условиях. При массовой застройке территорий, особен­ но в случае залегания слабых грунтов на площадке строительства, целесообразно организовывать стационарные наблюдения за осад­ ками оснований и поведением конструкций сооружений. Получае­ мые при этом данные могут оказаться очень полезными для коррек­ тировки проектных решений следующих очередей строительства.

244

Для многих типов зданий и сооружений разработаны норматив­ ные материалы, позволяющие с помощью содержащихся в них данных определять расходы материалов на фундаменты минуя стадию разработки чертежей, и укрупненные сметные нормы на определенные типы фундаментов*. Эти материалы позволяют при известных конструктивных характеристиках здания для заданных природно-климатических условий строительства и расчетных со­ противлений грунтов несущего слоя основания получить данные о стоимости, материалоемкости и трудоемкости устройства фун­ даментов мелкого заложения или свайных фундаментов. Пользова­ ние подобными материалами позволяет при выборе конкуренто­ способных вариантов фундаментов исключить из рассмотрения за­ ведомо нерациональные решения.

Наиболее полная схема технико-экономического сравнения вариан­ тов различных типов фундаментов заключается в расчете стоимостных

инатуральных показателей для каждого варианта и выборе лучшего решения по минимуму приведенных затрат. Методика такого расчета

ивсе необходимые для этого справочно-расчетные материалы приво­ дятся в разработанном НИИОСП им. Н. М. Герсеванова документе**.

Основным стоимостным критерием при выборе проектного ре­

шения является показатель приведенных затрат, определяе­ мый для каждого варианта по формуле

где Сс — себестоимость (расчетная, т. е. без учета плановых накоп­ лений, или фактическая) устройства фундаментов, включающая при наличии расценок, привязанных к местным условиям строительст­ ва, прямые затраты строительно-монтажной организации (затраты на материалы и конструкции, их доставку, заготовительно-складс­ кие расходы и возведение фундаментов), накладные расходы в стро­ ительстве и дополнительные затраты на производство работ в зим­ нее время; Еп = 0,12 — нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений; Kg и Кс — капитальные вложения в основные производственные фонды строительной ин­ дустрии (Kg — в предприятия по производству товарного бетона, арматуры, сборных бетонных и железобетонных конструкций фун­ даментов; Кс — в строительные и транспортные машины и механи­ змы, а также в базу по их обслуживанию и эксплуатации); Д — экономическая оценка фактора дефицитности ресурса (в настоящее время учитывается по расходу стали).

*Укрупненные сметные нормы. Здания и сооружения промышленного назначе­ ния. Сб. № 1 — 1.Н. Свайные фундаменты многоэтажных промышленных зданий с железобетонным каркасом. М., 1978.

Укрупненные сметные нормы. Здания и сооружения промышленного назначения. Сб. № 1 — 22.2. Вып. 1. Фундаменты. М., 1982.

♦♦Руководство по выбору проектных решений фундаментов. М., 1984.

245

К натуральным показателям относятся суммарные затраты труда и показатели'расхода м атериалов. Суммарные затра­ ты труда на устройство фундаментов включают затраты труда в заводских условиях на изготовление сборных конструкций и изде­ лий, приготовление бетонной смеси, изготовление арматуры и опа­ лубки, их транспортировку, возведение фундаментов и определяют­ ся по формуле

Чи, Чт и Чв — соответственно затраты труда на изготовление, транспорт и возведение сравниваемых конструкций фундамента; 2,0; 2,4; 1,25 — коэффициенты, учитывающие трудозатраты вспомо­ гательных рабочих, а также на управление и обслуживание произ­ водства; т — коэффициент, учитывающий мощность предприятия.

Показатели расхода материалов определяются по объемам ра­ бот, подсчитанным по чертежам и сметным нормам.

Глава 10 ФУНДАМЕНТЫ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

10.1.Основные сведения

Кф ундаментам мелкого залож ения относятся фундамен­ ты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превыша­ ющее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущест­ венно через подошву.

Схема фундамента мелкого заложения показана на рис. 10.1. Подошвой фундамента называется его нижняя плоскость, соприка­ сающаяся с основанием; верхняя плоскость фундамента, на кото­

рую опираются наземные конструкции, называется обрезом. За ширину фундамента принимается минимальный размер подошвы Ь, а за длину — наибольший ее размер /. Высота фундамента hf есть расстояние от подошвы до обреза, а расстояние от поверхности планировки до подошвы d называется глубиной заложения фун­ дамента.

Фундаменты мелкого заложения возводятся в открытых кот­ лованах (отсюда еще одно их название — фундаменты, возво ­ димые в открытых котлованах) или в специальных выемках, устраиваемых в грунтах основания.

По условиям изготовления фундаменты мелкого заложения раз­ деляются на монолитные, возводимые непосредственно в котлова­ нах, и сборные, монтируемые из элементов заводского изготовле­ ния. При устройстве монолитных фундаментов под подошвой осу­ ществляется подготовка из тощего бетона или слоя щебня, втрам­ бованного в грунт и пролитого цементным раствором, призванная

246

должен обладать неразмокаемостью и морозостойкостью. Этим условиям лучше всего отвечают железобетон и бетон, которые и являются основными конструкционными материалами фундамен­ тов. Железобетон и бетон можно применять при устройстве всех видов монолитных и сборных фундаментов в различных инженер­ но-геологических условиях. Каменная кладка из кирпича, бута

иприродных камней используется для устройства фундаментов, работающих на сжатие, и для возведения стен подвалов. Бутобетон

ибетон целесообразно применять при устройстве фундаментов, возводимых в отрываемых полостях или траншеях при их бетони­ ровании в распор со стенками.

Фундаменты, работающие преимущественно на сжатие и выпол­

няемые из каменной кладки и бетона, относятся к массивным жестким конструкциям, а фундаменты, работающие на сжатие и из­ гиб и выполняемые из железобетона,— к гибким.

По форме фундаменты мелкого заложения разделяются на от­ дельные, ленточные, сплошные и массивные (рис. 10.2).

Отдельные фундаменты устраивают под колонны, опоры балок, ферм и других элементов промышленных и гражданских зданий и сооружений. Возможно устройство отдельных фундамен­ тов и под стены (при небольших нагрузках и в тех случаях, когда основанием служат грунты, имеющие высокие прочностные и де-

247

Рис. 10.2. Основныетипыфундаментов мелкого заложения:

а — отдельный фундамент под колонну; б — отдельные фундаменты под стену; в — ленточныйфундаментподстену; г — то же, подколонны; д — то же, подсетку колонн; е — сплошной (плитный) фундамент

формационныехарактеристики). Отдельные фундаментынеувеличива­ ют жесткостисооружения, поэтомуихобычно применяютв техслучаях, когда неравномерность осадок не превышает допустимых значений.

Ленточные фундаменты используют для передачи нагрузки на основание от протяженных элементов строительных конструк­ ций, например стен зданий, или ряда колонн. По размещению в плане ленточные фундаменты могут состоять из одинарных или перекрестных лент. Одинарные ленты устраивают, как правило, под стены, а перекрестные — под сетку колонн.

Сплошные фундаменты, иногда называемые плитными, устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит под стены или сетку колонн. Фундаментные плиты разрезаются в плане только осадочными швами, но в пределах каждого выделенного отсека они обеспечивают жесткость здания и совместную работу фундамента и надземной части сооружения. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки сооружения.

М ассивные фундаменты устраивают в виде жесткого мас­ сива под небольшие в плане сооружения, такие, как башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т. д.

10.2. Конструкции фундаментов мелкого заложения

Отдельные фундаменты представляют собой кирпичные, камен­ ные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью. Отдельные фундаменты могут выполняться в монолитном или сборном варианте.

248

Каменные и бетонные отдельно стоящие фундаменты устраива­ ются монолитными и проектируются как жесткие. Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подо­ шве уступами, размеры которых определяются углом жесткости а, т. е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения (рис. 10.3). Угол жесткости, определяющий отношение между высотой hy и шириной Ьу уступов, или наклон боковых граней назначается в зависимости от матери­ ала, марки раствора или класса бетона, давления на грунт и состав­ ляет 30...40°.

Железобетонные фундаменты выполняются монолитными или сборными и проектируются как конструкции на сжимаемом основа­ нии с учетом совместной работы сооружения и грунтов основания. Сечения и арматура таких фундаментов подбираются с соблюдени­ ем требований, предъявляемых к железобетонным конструкциям.

Монолитные железобетонные фундаменты состоят, как правило, из плитной части ступенчатой формы и подколонника. Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн — соединени­ ем арматуры колонн с выпусками из фундамента, а стальных колонн — креплением башмака колонны к анкерным болтам, забе­

249

тонированным в фундаменте. Применяются и другие конструкции соединения колонн с фундаментами. Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных фундаментов принимаются кратными 300 мм, а высота ступеней — кратной 150 мм. При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундамен­ тов укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые опираются наземные конструкции.

Сборные железобетонные фундаменты под колонны проектиру­ ются из одной или нескольких фундаментных плит, уложенных друг на друга на цементном растворе. Сверху плит устанавливают подколонник, а при необходимости и дополнительные опоры под рандбалку (рис. 10.4, а).

Сборные фундаменты, составленные из нескольких рядов желе­ зобетонных плит, требуют повышенного расхода арматуры, что связано с необходимостью армирования плит каждого ряда на усилия, возникающие при их транспортировке и монтаже. Поэтому

втех случаях, когда это возможно, сборный фундамент устраивают из одного элемента (рис. 10.4, б) или переходят на монолитный вариант фундамента.

Сцелью сокращения трудоемкости работ по устройству фун­ даментов и уменьшению их стоимости постоянно ведутся работы по созданию новых типов фундаментов, которые в соответству­ ющих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами. Наибольшее распространение

впоследние годы получили буробетонные и щелевые фундаменты, устраиваемые в глинистых грунтах тугопластичной, полутвердой

итвердой консистенции и в лессовых грунтах, а также фундаменты

санкерами, применяемые для сооружений со значительными гори­ зонтальными или моментными нагрузками (рис. 10.5).

Буробетонный фундамент устраивают в разбуриваемых поло­ стях, заполняемых литым бетоном. Армируют только стаканную часть. Буробетонные фундаменты хорошо работают на горизон-

Рис. 10.5. Буробетонные (а), щелевые (б) и анкерные (в) фундаменты:

1 — колонна; 2 — арматурный каркас; 3 — фундамент; 4 — подколенник; 5 — плитная часть; 6 —бетонные пластины; 7 — анкеры (буронабивные сваи)

250