КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Применение эффективных конструкций фундаментов вПонятие об основаниях, их классификация. Принципы конструктивных решений жилых зданий ЛЕКЦИЯ 2. УМ 4. ФУНДАМЕНТЫ.
1. Понятие об основаниях, их классификация. 2. Применение эффективных конструкций фундаментов в Республике Беларусь. 3. Основные рекомендации по выбору конструктивных решений фундаментов при строительстве гражданских зданий в Республике Беларусь. 4.Общие сведения о фундаментах. 5. Конструктивные решения основных видов фундаментов.
Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, используемые в строительных целях, называются грунтами. Грунты представляют собой скопление частиц (зерен) различной величины, между которыми находятся поры (пустоты). Эти частицы образуют так называемый скелет грунта. Грунты, непосредственно воспринимающие нагрузки от здания или сооружения, называются основанием. Основание, способное воспринять нагрузку от здания или сооружения без укрепления (усиления) грунтов, называет ся естественным основанием. Основание, способное воспринять нагрузку от здания или сооружения только после проведения мер по укреплению (усилению) грунтов, называется искусственным основанием. Естественные основания. Грунты, используемые в качестве естественных оснований здании и сооружений, подразделяются в зависимости от геологического происхождения, минералогического состава, физико-механических показателей на скальные и нескальные. К нескальным относятся: крупнообломочные, песчаные и глинистые. Скальные грунты представляют собой вулканические (изверженные), метаморфические и осадочные породы с жесткой связью между зернами минералов (спаянные и сцементированные). Такие грунты залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя, образующего подобие сухой кладки. К скальным грунтам относятся граниты, базальты, песчаники, известняки. Под нагрузкой от здания и сооружения они (за исключением сильно выветрившихся рухляков или водорастворимых скальных пород) не сжимаются и являются наиболее прочными основаниями зданий и сооружений. К водорастворимым и размягчаемым в воде скалистым породам относятся гипсы, ангидриты, глинистые сланцы, некоторые виды песчаников. Крупнообломочные грунты представляют собой несцементированные скальные грунты, содержащие более 50% по весу обломков кристаллических или осадочных пород. Такие грунты из крепких неразмываемых пород слабо сжимаются под нагрузкой и также могут быть прочным основанием для зданий и сооружений. В зависимости от крупности зерен различаются: щебенистые (гравелистые) крупнообломочные грунты при преобладании щебня или гравия крупнее 10 мми дресвяные — при преобладании щебня или гравия от 2 до 10 мм. Песчаныегрунты, сыпучие в сухом виде, состоят преимущественно из округленных частиц (зерен) крупностью от 0,05 до 2 мм, являющихся конечным результатом распада каменных пород. В зависимости от крупности частиц пески разделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. В зависимости от плотности сложения или пористости песчаные грунты бывают плотные, средней плотности и рыхлые. В зависимости от степени влажности или степени заполнения объема пород различают песчаные грунты маловлажные, влажные и насыщенные водой. Увлажнение песчаных грунтов снижает их несущую способность, причем снижение тем больше, чем меньше размеры частиц грунта. Особенно сильно влияет на снижение несущей способности грунта увлажнение мелкозернистых и пылеватых песков с глинистыми и илистыми примесями. Эти грунты в водонасыщенном состоянии становятся текучими, и потому их называют плывунами; возведение здании па таких грунтах создает значительные затруднения. Песчаные грунты из гравелистых, крупных и средней крупности песков малосжимаемы и при достаточной мощности слоя служат прочным и устойчивым основанием зданий и сооружений. Глинистые грунты — результат разложения горных пород с преимущественным содержанием глинозема — относят к связным грунтам, так как частицы их скреплены силами внутреннего сцепления. Они состоят из мельчайших минеральных плоских частиц размером менее 0,005 мми толщиной менее 0,001 мм,а также песка и иногда растительных остатков. Эти примеси уменьшают водонепроницаемость глины и ее прочность. В зависимости от количества содержащихся в грунте глинистых частиц и песка, а также пластичности грунта различают супеси, суглинки и глины. Глинистые грунты пластичны, то есть, способны при добавке воды переходить из твердого состояния в пластичное, а при дальнейшем увлажнении — в текучее состояние. От степени влажности существенно зависят строительные свойства глинистых грунтов. В сухом и маловлажном состоянии они служат хорошим основанием для зданий Iи сооружений, но несущая их способность в разжиженном состоянии значительно снижается. Расширение воды при замерзании в порах глинистых грунтов основания вызывает увеличение объема грунта, или, как говорят, «пучение». При замерзании влажных глинистых грунтов основания силы пучения бывают настолько велики, что они "приподнимают фундаменты и могут явиться причиной деформации фундаментов и здания. Поэтому глубиназаложения фундаментов от уровня земли на глинистых грунтах должна быть, как правило, не менее глубины промерзания грунта. Среди глинистых грунтов особые группы составляют илы, просадочные инабухающие грунты. Илы малопригодны в качестве оснований. Просадочные лессовые и лессовидные грунты при замачивании водой дают под действием внешней нагрузки дополнительные осадки, что может привести к разрушению сооружений. При проектировании зданий и сооружений на таких грунтах необходимо выполнять специальные мероприятия по их укреплению. Качество основания в значительной мере зависит от однородности слагающих его грунтов и горизонтальности напластований. Неоднородность грунтов особенно опасна при насыпных основаниях, которые могут иметь различный состав, плотность и сложение. Возможность применения насыпных грунтов в качестве оснований должна решаться в каждом случае конкретно. Наклонные напластования могут привести к оползням при загружении пластов дополнительной массой здания или сооружения. Особым случаем проектирования оснований является устройство его над подрабатываемыми территориями — над шахтами, рудниками пли естественными пещерами, когда при нагружении возможны просадки пластов, лежащих над выработками. Грунтовые воды, заполняющие поры грунтов основания, влияют на выбор типов фундаментов, их размеры, глубину заложения, гидроизоляцию и другие водозащитные мероприятия. Для проектирования основания необходимо иметь данные об уровне грунтовых вод, его возможном изменении: сезонном, многолетнем, в результате строительства и эксплуатации зданий и сооружений; о характере этих вод — их подвижности, химическом составе, напоре и т. д. Изменение уровня грунтовых вод может иметь своим последствием изменение структуры грунта, его набухание, пучение, размывание и т.д. Следует помнить, что увлажнение основания может быть не только в пределах уровня грунтовых вод, но и значительно выше— в результате капиллярного поднятия воды. При диаметре капилляров 0,005 мм высота поднятия воды может составить: для мелких песков—0,1—0,5 м, пылеватых—0,5— 2 м, суглинков—5—15 м, для глин —5—50 м. Подвижные воды при соответствующих скоростях перемещения могут размывать грунт основания или материал фундамента. Агрессивные примеси в воде могут разрушительно действовать и на грунт, и на фундамент. Напорные грунтовые воды затрудняют выполнение гидроизоляции фундаментов, осложняют эксплуатацию подвалов. Промерзание грунтов. На обширных территориях нашей страны верхние слои грунта значительную часть года имеют отрицательную температуру. Грунты, хотя бы часть воды и которых находится в замерзшем состоянии, называют мерзлыми. Различают сезонно-мерзлые и вечномерзлые грунты. Сезонномерзлые промерзают на определенную глубину только в зимний период. Вечномерзлые оттаивают на определенную глубину в летний период. Глубина сезонного промерзания зависит от климатических условий и вида грунта. Можно также определить эту величину по формулам, приводимым в курсе «Основания и фундаменты». Искусственные основания. Несущую способность слабого грунта можно увеличить путем: уплотнения, закрепления или замены слабого грунта на более прочный (рис. 4.1). Уплотняют грунты: укаткой, трамбованием, вибрацией и устройством грунтовых свай.
Рис.4.1. Грунтовые искусственные основания: а – грунтовая свая; б – песчаная подушка; в – усиление грунта силикатизацией (цементизацией); 1 – слабый грунт; 2 – песчаная подушка; 3- зона уплотнного грунта силикатизацией (цементизацией); 4 – инъекторы d = 20-40 мм; 5 – фундамент.
Укатка грунта катками уплотняет его на 15—20 см, а трамбование падающими механическими трамбовками — на глубину до 1,5—2,0 м, причем в последнем случае несущая способность увеличивается до 30%. Крупнообломочные и крупнозернистые песчаные грунты хорошо уплотняются поверхностными вибраторами. Укатка, трамбование и вибрирование относятся к поверхностному уплотнению грунтов. Глубинное уплотнение грунтов производят глубинными вибраторами или с помощью грунтовых свай (путем заполнения заготовленных скважин песком или грунтом с послойным трамбованием его до необходимой плотности). Длина свай может достигать 15 м. Закрепление грунтов производят: силикатизацией, цементированием илибитумизацией — путем нагнетания по трубам в грунт соответствующих эмульсий. Применение одного из трех указанных способов определяется видом грунтов. Силикатизацией (нагнетание в грунт через трубы жидкого стекла и хлористого кальция) можно закрепить песчаные пылеватые грунты, плывуны. Цементированием (нагнетание в грунт цементного молока) закрепляют гравелисгые крупно- и среднезернистые грунты. Битумизация применяется для закрепления сильно трещиноватых скальных и песчаных пород и песчаных грунтов. После затвердевания эмульсии в порах грунта происходит его окаменение. Замена слабого грунта более плотным производится устройством песчаных или щебеночных подушек. Песчаная подушка выполняется из среднезернистого или крупнозернистого песка с увлажнением и уплотнением его при укладке. Подушка распределяет давление от фундамента на большую площадь слабого грунта и уменьшает его за счет своей упругости. Термический способ укрепления грунта состоит в нагнетании в толщу грунта под давлением через трубы воздуха, нагретого до 600-800° С, или в сжигании горючих продуктов, подаваемых в герметически закрытую скважину под давлением. Термический способ глубинного уплотнения грунта применяют для устранения просадочных свойств лёссовых грунтов па глубину 10—15 м.Обожженный грунт образует фильтрующий слой, сквозь который вода может проникнуть через толщу просадочного грунта на устойчивый непросадочный грунт. Обожженный грунт приобретает свойства керамического тела, не намокает и не набухает.
Республике Беларусь.
Фундаментостроение является одним из наиболее материалоемких видов строительства - «нулевой цикл» составляет 10... 30% стоимости здания. Поэтому важную роль в Республике Беларусь приобретает внедрение новых эффективных фундаментов и способов их возведения, позволяющих снизить стоимость работ нулевого цикла. По оценкам ведущих ученых и специалистов международной организации по механике грунтов и фундаментостроению (МОМГиФ) в настоящее время зачастую при возведении нулевого цикла зданий и сооружений происходит существенный (до 20...50%) перерасход материальных ресурсов (бетона, железобетона, металла и др.), который ежегодно составляет миллионы тонн. Такое положение вызвано существующими нормами проектирования, которые, как правило, занижают физико-механические характеристики грунтовых сред естественного и особенно искусственного происхождения. Это приводит к введению в расчеты оснований и фундаментов различного рода коэффициентов запаса, в результате чего чрезмерно увеличивается величина заглубления конструкций фундаментов в грунт или неоправданно растет площадь опирания (контакта) их поверхности на грунты. Во-первых, для строительных целей стали отводиться площадки со сложными инженерно-геологическими условиями, которые можно было перекрыть (поднять) только насыпными грунтами. Во-вторых, очень часто, в процессе строительства на намывных территориях верхний слой намывного грунта подвергался переукладке механическими средствами и превращался, таким образом, в насыпной грунт. В-третьих, планировка строительных площадок на пересеченной местности, где объем строительства так; значительно вырос, приводила к тому, что в предел одной строительной площадки оказывались как грунты естественного сложения, так и насыпные. Исследования вопросов строительства на насыпных основаниях, которые проводились в БелНИИС 1980-е и 1990-е годы под общим научным руководством В.Е. Сеськова, позволили обосновать новое научное направление в Республике Беларусь: строительство на искусственно упрочненных основаниях. Суть нового направления в том, чтобы разработать методы и средства инженерной подготовки (упрочнения) любых (естественных и искусственных) грунтов, получить и проконтролировать заданные улучшенные физико-механические характеристики этих грунтов и возвести на этих упрочненных основаниях аффективные фундаменты с уменьшенными размерами и повышенной несущей способностью. В этом направлении в БелНИИС применительно к условиям Беларуси были разработаны и внедрены в практику строительства (В.Е. Сеськов, В.Н. Лях, В.Н. Кравцов, Л.Ф. Козак, В.П. Ермашов и др.): - набивные фундаменты в выштампованных котлованах с микросваями; - набивные сваи в вытрамбованных скважинах и котлованах, в том числе песчано-гравийные сваи и опоры; - техногенные геомассивы из песчано-гравийных и щебеночных свай и опор, устраиваемые с применением тяжелых трамбовок и буровой техники; - технология вибродинамического уплотнения насыпных и рыхлых песчаных грунтов: -ленточные и столбчатые фундаменты на горизонтально-слоистых уплотненных подушках; - комбинированные фундаменты с анкерами в выштампованных скважинах и котлованах; - сваи из местных материалов в вытрамбованных и буровых скважинах и котлованах; - забивные сваи, призматические и пирамидальные с рациональной и изменяющейся по длине формой поперечного сечения; - кусты из забивных свай с несущим ростверком и переменной в плане длиной свай; - комбинированные ленточные и столбчатые фундаменты из забивных и набивных свай с несущими ростверками в выштампованных котлованах или из забивных блоков; - комбинированные набивные траншейные или щелевые фундаменты с уплотненным под их торцом основанием; - тонкие сплошные железобетонные плиты на упрочненных основаниях переменной жесткости, в том числе для каркасных жилых и гражданских зданий; - сваи в буро-раскатанных и буро-раздвижных скважинах и др. В этом перечне особенного внимания заслуживают геомассивы из щебеночных и гравийных свай и опор, применение которых позволило в ряде случаев сократить расход бетона и железобетона фундаментов на 50...90% В качестве примера разработки эффективных фундаментов можно привести набивные сваи с уплотненным основанием. Данный тип фундаментов получил в Беларуси широкое распространение. Это в частности: набивные фундаменты в выштампованных котлованах с микросваями (рис. 4.2, а); набивные сваи в вытрамбованных скважинах, в том числе песчано-гравийные сваи (рис.4.2, б); набивные фундаменты в вытрамбованных котлованах (рис.4.2, в).
а б в Рис. 4.2.Виды набивных фундаментов с уплотненным основанием: а – набивной фундамент в выштампованном котловане с микросваями; б- набивная свая в вытрамбованной скважине; в – набивной фундамент в вытрамбованном котловане.
Их отличительными особенностями являются: - гибкость технологии возведения, то есть возможность устройства любых типов фундаментов - ленточных, столбчатых, одноэлементных, в которых сочетаются ростверк и собственно фундамент, передающий нагрузку на грунт (рис.4.3); - их устройство из общего котлована минимальной глубины, подготовленной под все здание или сооружение до отметки верха фундамента, то есть низа основания пола или фундаментных балок; - изготовление фундаментов путем одномоментного или раздельного бетонирования котлованов (скважин) которые образуются путем вштамповывания или втрамбовывания грунта внутрь грунтового массива; - создание уширений как под фундаментами - сваями (пята), так и по верху (шайба); - создание пяты путем втрамбовывания в основания фундамента - сваи жесткого материала (жесткая бетонная смесь, щебень, гравий и т.п.); - передача вертикальных, горизонтальных и моментных нагрузок от фундаментов на грунт основания не только по их подошве и боковым стенкам, но и через уплотненный грунтовый массив. Рис. 4.3. Типы фундаментов с выштампованным и вытрамбованным основанием: А- ленточные фундаменты; Б – столбчатые фундаменты; В – одноэлементные фундаменты; Г – комбинированные фундаменты с анкерами; 1 – набивные фундаменты в выштампованных котлованах с микросваями; 2- набивные сваи и фундаменты в вытрамбованных скважинах и котлованах.
Важным достоинством таких фундаментов на уплотненном основании является то, что все их типы и виды могут выполняться с помощью серийно выпускаемых машин и механизмов и комплексного навесного оборудования весьма простого изготовления. Набивные фундаменты в выштампованных котлованах с микросваями получили наиболее широкое распространение при строительстве зданий и сооружений различного типа (более 500 объектов) вследствие их высокой экономической эффективности и надежности. Набивные фундаменты в вытрамбованных котлованах были применены для устройства столбчатых фундаментов для гражданских и промышленных сооружений с нагрузкой до 6000 кН на одну колонну и наличием горизонтальных, моментных и выдергивающих нагрузок (более 10 объектов). Здесь можно отметить такие крупные объекты, как цех полуфабрикатов мясокомбината по ул. Казинца, крупные промышленные цеха на ПО «Интеграл", НПО «Центр», укрытие хранилища токсических промышленных отходов с пролетом 3-шарнирных арок, составляющим 62 м и др. Анализируя опыт внедрения в Беларуси фундаментов с выштампованным и вытрамбованным основанием, можно сделать вывод, что высокая их эффективность (см. таблицу) достигается за счет рациональных конструкций и технологии выполнения. Кроме того имеется возможность устраивать разные типы фундаментов в различных грунтовых условиях для всех видов зданий (жилых, гражданских, промышленных и сельскохозяйственных). С середины 1980-х годов на территории Беларуси и за ее пределами построено более 3 тысяч объектов, где применялись результаты проведенных в БелНИИС исследований эффективных фундаментов в упрочненном грунте. Получен экономический эффект за счет уменьшения материалоемкости и трудоемкости в строительстве в размере свыше 50 млрд. руб. (в ценах на 01.01.2005 г.). В числе наиболее крупных объектов внедрения последних лет следует упомянуть такие объекты, как Солигорск, Жлобин, Орша и др., жилые и общественные здания в г.Москве и Московской области. В настоящее время исследования по данному направлению продолжаются. Они связаны с изучением процесса упрочнения оснований, содержащих в своем составе биогенные, в том числе погребенные грунты, лессовидные отложения и ленточные глины, которые имеют довольно широкое распространение на территории Беларуси и наличие которых, в определенной степени, является сдерживающим фактором более широкого применения в практике строительства фундаментов с упрочненным основанием. При строительстве зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях в Беларуси доминируют фундаменты из забивных свай. Это решение является традиционным и наиболее распространенным, начиная с 1950-х годов. Несмотря на некоторые недостатки метода, в целом фундаменты из забивных свай являются до настоящего времени во многих случаях эффективным конструктивным решением. В последние годы наряду со строительством жилых и общественных зданий традиционного типа появилась тенденция к сооружению уникальных строений с большими нагрузками на фундаменты в плотной городской застройке. В таких ситуациях забивные сваи, как правило, неприемлемы из-за недостаточной их несущей способности и динамических воздействий на окружающую среду. В Западной Европе, атакже в крупных постсоветских городах соседних республик здания с большими нагрузками на фундаменты в условиях плотной городской застройки возводят на различного вида набивных сваях из монолитного бетона. Применяемые для этих целей современные технологии отличаются высокой производительностью, небольшим уровнем динамических воздействий на окружающую среду, способностью свай к восприятию больших нагрузок и низкой себестоимостью строительства. В настоящее время в Беларуси применяются буронабивные сваи, однако оборудование и технология строительства отстают от передовых требований. Себестоимость строительства таких свай примерно вдва раза выше, а темп работ в два раза ниже, чем по технологии забивных свай. При этом несущая способность буронабивных свай ниже, чем забивных. Основной недостаток традиционного решения буронабивных свай — небольшая удельная несущая способность — связан с технологическими особенностями их устройства и конструктивным несовершенством. Это обусловлено разрушением структуры, разрыхлением и уменьшением прочности грунта в стенках и забое скважины (в формируемой зоне контакта с бетоном). Ослабление контактного слоя частично устраняется за счет поперечных деформаций бетона при его укладке (иногда с трамбованием). Однако, как показывает практика полного восстановления первоначальных свойств грунта не достигается. Кроме этого, при свободной укладке бетона в скважину случается обрушение ее стенок, нарушающее однородность ствола сваи и снижающее ее несущую способность. Обеспечить восприятие больших нагрузок при отсутствии динамических воздействий на окружающую среду и минимальных затратах на строительство в стесненных условиях плотной городской застройки позволяет технология устройства буропрессвай. Сущность технологии создания буропрессваи заключается в формировании ствола сваи (рис. 4.4.) под давлением в несколько атмосфер из бетонной смеси, нагнетаемой через полый шнек, предварительно забуренный в грунт и извлекаемый при действии этого давления. Буропрессваи по технологии производства подобны буроинъекционным сваям (иногда их так и называют), но в отличие от последних для их устройства применяют не инъекционный раствор, а пластичную бетонную смесь. Эта особенность обеспечивает буропрессваям некоторые конструктивные преимущества, новые функциональные возможности и свою область применения. Опыт строительства за рубежом показывает, что максимальная несущая способность при массовом применении буропрессвай (2300 кН) в 1,9 раза больше несущей способности буронабивных свай (1200 кН) и в 2,3 раза больше, чем забивных свай (1000 кН). При этом удельная несущая способность (на 1 куб.м бетона) буропрессвай на 15% больше, чем у забивных, и на 52% больше, чем у буронабивных свай.
Рис.4.4. Устройство буропрессвай.
Повышение несущей способности буропрессвай по сравнению с забивными сваями обусловлено их геометрическими размерами. Диаметр буропрессвай составляет 400...800 мм (иногда 1000мм), а сечение забивных свай в основном 300x300 мм (иногда до 400x400 мм). По сравнению с буронабивными сваями, которые имеют примерно равные размеры сечения (диаметр 500...1000 мм), увеличение несущей способности обусловлено улучшением условий работы основания и более качественным контактом сваи с грунтом. Максимальная глубина погружения буропрессвай и забивных свай одинакова. Однако существенный недостаток последних заключается в том, что они при большой длине должны выполняться из отдельных стыкуемых элементов. В этом случае значительно возрастает стоимость конструкций, увеличивается трудоемкость работ и соответственно снижается производительность сваебойного агрегата. По сравнению с буронабивными сваями, глубина погружения которых может достигать 50 метров, буропрессвай по этому показателю уступают. Однако, если учесть, что в грунтах Беларуси практически нет необходимости устраивать сваи глубиной более 30 метров. Стоимость материалов буропрессваи одинакова со стоимостью буронабивных и на 15...20% меньше, чем забивных свай. Стоимость производства работ примерно на 10% больше, чем для устройства забивных, и на 10...15% меньше, чем при устройстве буронабивных свай. Буропрессваи рациональны при застройке различных территорий, в том числе свободных и окраинных городских районов. Наибольшая эффективность достигается при строительстве в плотной центральной городской застройке, а также при неустойчивых грунтах и высоком уровне грунтовых вод. Применение их осложнено при необходимости прорезки мощных прослоек прочного грунта, в частности, морен с большим включением валунов и галечника.
Дата добавления: 2015-04-24; Просмотров: 1259; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |