Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1. Что называется основанием зданий и сооружений?
Основанием зданий и сооружений называется массив грунта, находящийся ниже подошвы их фундаментов и воспринимающий нагрузку от фундаментов и надземных конструкций.
2. На какие виды можно подразделить основания?
Основания можно подразделить на нескальные и скальные. Нескальные основания представляют собой массивы, сложенные крупнообломочными, песчаными и пылевато-глинистыми грунтами. Крупнообломочные и песчаные грунты, не имеющие структурных связей, называются сыпучими грунтами.
Скальные основания сложены магматическими, метаморфическими и осадочными грунтами, прочность которых на одноосное сжатие изменяется от 5 до 50 МПа.
3. Чем отличаются естественные и искусственные основания?
Основание, сложенное грунтами в естественном неизмененном природном состоянии, называется естественным основанием. Если естественное основание подвергалось каким-либо воздействиям с целью улучшения прочностных и деформационных свойств, то оно называется искусственным основанием.
Плотные песчаные грунты и пески средней плотности, глинистые твердые, полутвердые, тугопластичные грунты являются хорошим основанием и используются в качестве оснований обычно в естественном состоянии. Рыхлые пески, лессовые и набухающие грунты, илы и заторфованные грунты при определенных условиях проявляют специфические свойства, которые ухудшают их естественные (природные) прочностные и деформационные показатели. Поэтому подобные грунты искусственно улучшаются рядом способов: поверхностным и глубинным уплотнением, химическим закреплением, обжигом и т.д.
4. Для чего устраиваются фундаменты?
Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий или сооружений, а также оборудования на грунты основания. Фундаменты служат для более равномерного распределения нагрузок по поверхности основания и передачи таких давлений подошвой фундамента на грунты, которые не вызовут их разрушения или недопустимых деформаций.
5. Какая рекомендуется последовательность проектирования оснований и фундаментов?
Рекомендуется такая последовательность:
1. Оценить результаты инженерно-геологических изысканий, их достаточность для проектируемого объекта, их качество.
2. Провести анализ проектируемого здания или сооружения с точки зрения его чувствительности к деформациям, особенно неравномерным, и его общей устойчивости.
3. Оценить местоположение застройки с точки зрения рельефа местности, расположенных рядом других зданий и сооружений существующих и проектируемых, наличия подземных коммуникаций, транспортного подъезда.
4. Произвести определение действующих нагрузок от конструкций и оборудования на основание: вертикальных, в том числе снеговых и горизонтальных (ветровых, а также возникающих вследствие перепада уровня при осуществлении заглубленных подвальных этажей, уклона рельефа и т.д.) и особых (например, в сейсмоопасных районах или возможного нарушения технологического процесса).
5. Наметить возможные варианты фундаментов два, три, которые в дальнейшем будут разрабатываться.
6. Произвести необходимые расчеты в соответствии с требованиями действующих норм (СНиП и др.).
7. Оценить стоимость разрабатываемых вариантов фундаментов и произвести их технико-экономическое сопоставление.
6. Какие изыскания проводятся на строительной площадке до проектирования и строительства будущего здания или сооружения?
На каждой строительной площадке выполняются инженерно-геологические изыскания, которые включают комплекс работ, выполняемых для определения исходных данных, необходимых для проектирования оснований зданий и сооружений.
Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и стандартами.
7. Какие основные характеристики определяются при инженерно-геологических изысканиях?
Физические, прочностные и деформационные характеристики определяются во всех случаях. Фильтрационные свойства грунта, характеризуемые коэффициентом фильтрации, определяются в том случае, если основание сложено водонасыщенными глинистыми грунтами с незавершенной консолидацией. Этот показатель используется при расчете осадки фундаментов во времени, для оценки скорости уплотнения грунтовой толщи, а также при расчетах дренажных и водопонизительных систем.
В том случае, если на фундамент действуют динамические нагрузки, приходится определять дополнительный показатель, называемый коэффициентом упругого равномерного сжатия Cz (кН/м3).
При определении деформаций ползучести грунта основания, сложенного тугопластичными, полутвердыми и твердыми глинистыми грунтами, используются показатель длительной прочности грунта (кПа), а также коэффициенты затухания ползучести и вторичной консолидации.
Для более сложных расчетов с использованием нелинейных определяющих уравнений определяются модуль сдвига G (кПа), модуль объемной деформации K (кПа), а также ряд других параметров.
8. Что представляет собой инженерно-геологический разрез?
Инженерно-геологический разрез представляет собой чертеж, на котором изображены горные выработки (скважины, шурфы), выделены слои грунта, показана их мощность, нанесен ряд показателей их свойств, показан уровень грунтовых вод (рис.Ф.2.10).
|
Рис.Ф.2.10. Инженерно-геологический разрез |
9. Какие значения механических и физических характеристик применяются при расчете оснований?
При проектировании оснований зданий и сооружений используются расчетные значения характеристик грунтов, которые определяются на основе непосредственных испытаний в лабораторных или полевых условиях с последующей статистической обработкой результатов испытаний.
10. Каким образом подразделяются нагрузки?
Нагрузки подразделяются на расчетные и нормативные. Нормативные нагрузки определяются по их номинальному значению как средние или из условий заданной обеспеченности. Все расчеты производятся с использованием расчетных значений нагрузок. Расчетные значения нагрузок определяются как нормативные значения, умноженные на коэффициент надежности по нагрузке f. Этот коэффициент изменяет нормативное значение нагрузки в неблагоприятную сторону.
11. Какие нагрузки и воздействия следует учитывать при расчете оснований?
При проектировании оснований зданий и сооружений необходимо учитывать следующие нагрузки:
а) вес конструкций зданий и сооружений;
б) вес оборудования;
в) вес и давление грунтов;
д) нагрузку на перекрытия или полы, устраиваемые по грунту в складских помещениях, зернохранилищах, библиотеках и т.п.;
е) нагрузки на перекрытия в помещениях жилых и общественных зданий;
ж) вес людей, ремонтных материалов;
з) нагрузки, возникающие при изготовлении, перевозке и возведении строительных конструкций, при монтаже и перестановке оборудования, а также нагрузки от веса временно складируемых на строительстве конструкций и материалов;
к) снеговые нагрузки;
л) ветровые нагрузки.
В зависимости от продолжительности действия перечисленные нагрузки подразделяются на постоянные и временные. В некоторых случаях, одновременно с постоянными и временными нагрузками учитываются особые нагрузки, к которым относятся:
а) сейсмические и взрывные воздействия;
б) нагрузки, вызываемые резкими нарушениями технологического процесса, временной неисправностью оборудования;
в) воздействия неравномерных деформаций оснований, сопровождающиеся изменением структуры грунта (например, деформации просадочных и набухающих грунтов при замачивании или вечномерзлых грунтов при оттаивании).
12. Как подсчитываются нормативные и расчетные нагрузки и какой смысл имеет коэффициент надежности по нагрузке f?
Нормативные нагрузки подсчитываются в соответствии со СНиП [3] как средние значения без учета их перераспределения надфундаментными конструкциями. Возможные отклонения от этих значений учитываются умножением нормативных значений на коэффициент надежности по нагрузке f. Коэффициент надежности при расчете по деформациям принимается f = 1. Коэффициент надежности по нагрузке при расчетах на прочность и устойчивость обычно больше единицы, однако в тех случаях, когда уменьшение нагрузки будет уменьшать также устойчивость сооружения, например при подсчете вертикальных удерживающих сил при сдвиге, он должен быть менее единицы. Для бетонных плит сборного домостроения fпринимается 1,2; для грунтов в природном залегании 1,1; для насыпных грунтов 1,15. Для нагрузок, удерживающих от опрокидывания и сдвига, рекомендуется принимать f= 0,9.
13. Какие нагрузки относятся к постоянным?
К постоянным нагрузкам относятся те, которые действуют в течение всего срока существования и службы здания или сооружения. К постоянным относятся нагрузки в виде веса частей сооружения, в том числе и ограждающих конструкций, вес и давление грунтов насыпей, засыпок.
14. Какие нагрузки относятся к временным и как они подразделяются?
Временные нагрузки подразделяются на длительные и кратковременные. К длительным относятся вес временных перегородок, вес стационарного оборудования, давление сыпучих тел и жидкостей в емкостях, нагрузка на перекрытия от складируемых материалов, нагрузки от веса людей, снеговые нагрузки в северных районах, "воздействия" от деформаций оснований, когда не происходит коренного изменения структуры грунта или оттаивания вечномерзлого грунта.
К кратковременно действующим нагрузкам относятся нагрузки от подвижного оборудования и транспорта, ветровые нагрузки и др. Все эти виды нагрузок регламентируются главой СНиП [3].
15. Какие нагрузки относятся к группе особых?
К особым относятся сейсмические воздействия, действия взрывов, нагрузки от резкого нарушения технологического процесса, вызванные временными неисправностями оборудования, а также нагрузки из-за деформаций оснований, сопровождающихся коренным изменением структуры грунта (например, при замачивании просадочных грунтов, вследствие образования карста) и др.
16. Как различают сочетания нагрузок?
Различают два сочетания нагрузок: основные и особые. В основные сочетания входят постоянные и временные нагрузки длительно действующие и кратковременные. Особые сочетания включают все нагрузки, входящие в основные сочетания, а также одну из особых нагрузок. В особом сочетании для временных нагрузок, если их несколько, вводят понижающий коэффициент.
В том случае, если учитываются сочетания, включающие постоянные и не менее двух кратковременных нагрузок (например, вес людей и нагрузки от мостовых и подвесных кранов), расчетные значения временных нагрузок необходимо умножать на коэффициенты сочетаний: в основных сочетаниях для длительных нагрузок на 0,95, для кратковременных на 0,9; в особых сочетаниях для длительных нагрузок на 0,95, для кратковременных на 0,8.
При расчетах оснований следует учитывать нагрузки от соседних фундаментов, складируемого материала и оборудования, которые будут размещаться вблизи рассчитываемого фундамента.
17. На какое сочетание нагрузок производится расчет оснований по деформации и несущей способности?
Расчет оснований по деформации должен производиться на основное сочетание нагрузок. По несущей способности расчет производится на основное сочетание, а при наличии особых нагрузок и воздействий на основное и особое сочетание.
При этом нагрузки на перекрытия и снеговые нагрузки, которые согласно СНиП по нагрузкам и воздействиям могут относиться как к длительным, так и кратковременным, при расчете оснований по несущей способности считаются кратковременными, а при расчете по деформациям длительными. Нагрузка от подвижного подъемно-транспортного оборудования в обоих случаях считается кратковременной.
18. Как определяется грузовая площадь при сборе нагрузок на фундамент?
Грузовая площадь определяется различно для жилых, общественных и производственных зданий.
На рис.Ф.3.10 показаны две грузовые площади для сбора нагрузок на ленточные фундаменты внутренней (Б) и внешней (А) стен жилого дома. Для внутренней несущей стены ширина грузовой площади принимается равной 100 см, а длина определяется половиной расстояния в чистоте между стенами в направлении длинной стороны плиты перекрытия. Из-за наличия оконных проемов в наружных стенах ширина грузовой площади принимается равной расстоянию между осями оконных проемов вдоль здания, а длина половине расстояния в чистоте между стенами поперек здания.
В отличие от жилых зданий с несущими наружными и внутренними стенами в промышленных зданиях несущий каркас выполняется из колонн, ригелей и плит перекрытия. Поэтому при сборе нагрузок на отдельно стоящие фундаменты под колонны ширина и длина грузовой площади определяются половиной расстояния между соседними осями здания.
|
a) |
б) |
|
Рис.Ф.3.10. Схема сбора нагрузок на фундаменты: |
19. На какие две группы подразделяются предельные состояния?
Существуют две группы предельных состояний: первая по несущей способности и общей устойчивости и вторая по деформациям. При расчетах по первой группе ограничиваются величины усилий, при расчетах по второй группе основным ограничением служат предельные деформации.
Основной целью расчета по предельным состояниям является ограничение усилий (по первому предельному состоянию) или деформаций (по второму предельному состоянию), чтобы эти предельные состояния не наступили, то есть была бы обеспечена в дальнейшем возможность эксплуатации здания или сооружения.
20. Что оценивается по первому предельному состоянию?
Надежность конструкций оценивается по первому предельному состоянию из условия недопущения потери общей устойчивости основания. Условие следующее:
где F действующее от сооружения усилие, передаваемое основанию, а Fи несущая способность основания. Направления действия сил F иFи совпадают. Если оценку несущей способности производить по вертикальной составляющей силы N, то условие следующее: N Nи. Несоблюдение этого условия не гарантирует, что может быть допущена дальнейшая эксплуатация здания или сооружения.
21. Всегда ли необходима оценка работы оснований по первому предельному состоянию?
По первому предельному состоянию расчет необходимо производить только в следующих случаях:
1) Если на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки, в том числе сейсмические.
2) Сооружение расположено на откосе или вблизи откоса.
3) Сооружение расположено на медленно уплотняющихся водонасыщенных грунтах.
4) Основание сложено скальными грунтами.
5) При анкерных фундаментах.
Считается, что в остальных случаях оценка оснований по второму предельному состоянию ограничит нагрузки и они будут существенно меньше, чем мы получили бы от использования условия первого предельного состояния. Оценка сооружений на невозможность их опрокидывания является также оценкой по первому предельному состоянию.
|
Рис.Ф.4.3. Случаи, когда производится расчет по первому предельному состоянию: а - подпорная стена; б - эксцентричная нагрузка с горизонтальной составляющей; в - короткие сваи; г - сооружение вблизи откоса; д - анкерный фундамент, работающий на вырывание; е - схема для расчета на опрокидывание на жестком основании; ж - то же на мягком основании |
22. В каких случаях допускается не производить расчет по первой группе предельных состояний?
Расчет оснований по несущей способности в случаях, перечисленных в подпунктах 1 и 2 Ф.4.3., допускается не производить, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента (например, введением затяжки в арочных и рамных конструкциях, устройством шпунтового ограждения, препятствующего сползанию откоса грунта, устройством полов в подвале здания (рис.Ф.4.4,а,б.в), объединением фундаментов в единуюсистему пространственно жесткой надфундаментной конструкцией, при фундаментах из перекрестных лент, монолитном подвале и каркасе здания, рис.Ф.4.4,в).
|
Рис.Ф.4.4. Случаи, когда расчет по первому предельному состоянию может не производиться: а - при бетонном поле, связанном со стеной; б - при жестком креплении стенки, удерживающей откос; в - при жесткой пространственной системе |
23. Что должна обеспечивать оценка по второму предельному состоянию?
Выполнение основного условия второго предельного состояния s su, где s совместная деформация основания и сооружения, в том числе осадка (или относительная разность осадок), а su предельно разрешаемая деформация (или относительная разность осадки, или крен), должно обеспечить возможность нормальной эксплуатации здания или сооружения в течение всего назначенного срока. Условие s su, является основным для второго предельного состояния, а s и su, имеют обобщенные значения (средняя или максимальная осадка, горизонтальные перемещения, относительная разность осадок, крен и т.д.).
Величины su, получены в результате обобщения строительного опыта, наблюдения за действующими однотипными сооружениями, за авариями. Для принципиально новых конструкций зданий или сооружений величины su, должны быть назначены проектировщиками.
24. Всегда ли следует производить проверку деформации основания совместно с сооружением, то есть проверку по второму предельному состоянию?
Проверка по второму предельному состоянию и оценка согласно его критериям является обязательной во всех случаях, кроме указанных ниже. Под величиной s подразумевается конечная, стабилизировавшаяся со временем деформация. Однако расчет деформаций допускается не выполнять, если давление под подошвой фундамента не превышает расчетного сопротивления, а сжимаемость грунтов в пределах контура здания или сооружения изменяется в ограниченных пределах. Кроме того, расчет деформаций разрешается не проводить, если инженерно-геологические условия площадки соответствуют области применения типового проекта. Эти условия, позволяющие не производить расчет по деформациям, перечислены в главе СНиП[1].
25. По какому принципу фундаменты можно подразделить на фундаменты мелкого и глубокого заложения?
По общепринятой классификации в зависимости от характера деформации грунта в основании фундаменты подразделяются на фундаменты мелкого и глубокого заложения. Подобная классификация основана на характере развития зон предельного равновесия в массиве грунта, окружающего фундамент.
Характер деформации грунта в предельном состоянии зависит от относительной глубины заложения d/b. На рис.Ф.5.1 показано очертание зон предельного равновесия для фундаментов с различной относительной глубиной заложения.
|
Рис.Ф.5.1. Зоны с предельным состоянием при различных значениях d/b: а - d/b 1/2; б - ; в - d/b=2-4 |
При d/b 1/2 фундаменты относятся к категории мелкого заложения. Предельное состояние основания характеризуется выпором грунта на поверхность основания. В большинстве случаев реальные фундаменты имеют глубину заложения не более 3,5 м.
При глубине заложения от 2 до 5 м и относительной глубине заложения фундаменты относятся к категории средней глубины заложения. В предельном состоянии наблюдается не только выпирание грунта на поверхность, но и развитие зон предельного равновесия по направлению вглубь основания.
Фундаментами глубокого заложения называются такие, у которых не наблюдается выпора грунта на поверхность. Предельное состояние основания характеризуется развитием зон предельного равновесия вглубь него. Подобное состояние может возникнуть в основании свайных фундаментов, фундаментов-оболочек и буровых опор. Существует также определение, что фундаменты мелкого заложения это фундаменты, сооружаемые в открытых котлованах, а фундаменты глубокого заложения не требуют вскрытия котлованов.
26. Что понимается под "проектированием оснований и фундаментов"?
Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное), а также типа, конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточных, столбчатых, железобетонных, бетонных, бутобетонных) с применением в случае необходимости строительных или конструктивных мероприятий для уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность зданий или сооружений.
В большинстве случаев проектирование оснований производится без учета совместной работы основания и надземных конструкций. Это объясняется сложностью и трудоемкостью подобных расчетов. Однако применение современных вычислительных машин и численных методов расчета позволяет эффективно выполнять соответствующие расчеты. Эти расчеты показывают, что учет совместной работы может привести к снижению затрат на устройство фундаментов.
27. На основании каких нормативных документов выполняется проектирование оснований?
Основания зданий и сооружений должны проектироваться с учетом нормативных документов (СНиП [1,2,6,7]).
28. Какие исходные данные необходимы для проектирования оснований?
Основания зданий и сооружений должны проектироваться на основе:
результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрологических изысканий;
данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения, нагрузок, действующих на фундаменты, и условий его эксплуатации;
технико-экономического сравнения возможных вариантов фундаментов.
29. На какие виды подразделяют совместные деформации оснований и фундаментов?
Основной вид деформаций осадки. Это вертикальные перемещения подошвы фундамента. Они вызываются уплотнением грунтов без коренного изменения их структуры и происходят под воздействием внешних нагрузок от сооружения, передающихся через фундамент, от воздействия других расположенных близко фундаментов, а также под действием собственного веса грунта.
Просадка также перемещение, происходящее под воздействием внешних нагрузок и веса грунта, но при коренном изменении структуры грунта (вследствие замачивания лессовидных грунтов, оттаивания вечномерзлых грунтов и др.).
Подъем поверхности основания происходит вследствие набухания грунтов при дополнительном увлажнении, при промораживании.
Усадка понижение поверхности при высыхании.
Горизонтальные перемещения происходят под воздействием наклонных нагрузок, при размещении сооружения вблизи откосов, вследствие подземных подработок.
30. Что такое расчетное сопротивление грунта основания и как оно рассчитывается?
В нормах расчетное сопротивление R грунта основания предлагается оценивать двояко.
Расчетное сопротивление грунта основания среднее давление под подошвой фундамента R, которое не допускается превышать. Считается, что при таком превышении под краями фундамента будет наблюдаться существенное развитие областей пластической деформации, то есть областей, в которых грунт будет в предельно напряженном состоянии, а это нарушит изначально принятую линейную зависимость между напряжениями и деформациями. Поэтому принимается ограничительное условие p R. Для предварительного определения размеров подошвы фундамента величина R находится по физическим характеристикам грунта основания. Затем для принятых размеров подошвы фундамента производится проверка получаемой величины давления p. В качестве определяющих расчетное сопротивление R принимаются прочностные характеристики грунта: угол внутреннего трения и удельное сцепление c. Области с предельным состоянием не должны по глубине превышать 1/4 ширины подошвы фундамента. Расчет производится по формуле (7) главы СНиП:
здесь c1, c2 коэффициенты условий работы; k коэффициент надежности; M , Mq, Mc безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения; II удельный вес грунта расположенного ниже подошвы фундамента; то же, но выше подошвы фундамента шириной b, заглубленного в грунт на величину d1. Величина db представляет разность заглублений в грунт фундамента справа и слева, cII удельное сцепление (см. также п.Ф.10.16).
31. Какие виды мероприятий можно использовать для уменьшения деформаций оснований?
Можно:
1. Конструктивно уменьшить чувствительность сооружений к деформациям оснований, особенно к их неравномерности; для этого либо увеличить жесткость сооружения, сделать его монолитным, либо, наоборот, увеличить его гибкость, придавая статическую определимость; можно разрезать каркас сооружения осадочными швами на короткие и относительно жесткие блоки.
2. Улучшить строительные свойства грунтов - уменьшить деформируемость и увеличить прочность путем уплотнения или закрепления.
3. Предохранять грунты в строительный и эксплуатационный периоды от ухудшения свойств, защищая от промораживания, от дополнительного увлажнения, особенно лессовидных макропористых грунтов, набухающих грунтов.
4. Защищать грунты от попадания в них химически агрессивных жидкостей.
32. Какие цели преследуются при изменении строительных свойств грунтов оснований?
Строительные свойства грунтов оснований изменяют с целью уменьшения их сжимаемости и увеличения прочности. Сюда следует отнести уплотнение грунтов и их закрепление. Оба типа этих мероприятий оказываются часто взаимосвязанными уплотняя и уменьшая модуль деформации грунта, мы одновременно увеличиваем угол внутреннего трения грунта, а также удельное сцепление.
Уплотняя просадочные грунты при замачивании, мы "ломаем" их структуру и, тем самым, ликвидируем просадочность при замачивании. Для каждой региональной разновидности грунтов могут быть предложены различные способы, а их эффективность оценивается комплексно, исходя из технико-экономической целесообразности.
33. Какие факторы необходимо учитывать при проектировании фундаментов?
Проектирование фундаментов необходимо выполнять с учетом следующих факторов:
абсолютная средняя осадка фундаментов и неравномерные осадки отдельных фундаментов не должны быть более предельно допускаемых;
размеры фундаментов следует выбирать с максимальным использованием прочностных и деформационных свойств грунтов, а также прочности материала фундаментов.
При этом должны учитываться стоимость и трудоемкость устройства фундаментов.
34. Влияет ли жесткость здания или сооружения на неравномерность осадок?
Наблюдения за деформациями зданий и сооружений показывают, что для конструкций зданий наиболее опасным является неравномерность осадок их фундаментов. Поэтому в нормах [1] вводится ограничение не только на величину средней предельной осадки su, но и на относительную разность осадок ( s/L).
Большинство зданий и сооружений чувствительно к возникновению неравномерных осадок. Однако, повышая жесткость здания, можно снизить или полностью устранить неравномерность осадок. Примером зданий абсолютной жесткости, имеющих равномерную осадку, являются элеваторы, дымовые трубы, градирни, здания АЭС и ТЭЦ. Эти сооружения обладают способностью выравнивать осадки за счет перераспределения давления под подошвой фундамента.
Однако многие здания и сооружения выполняют конструктивно не из монолитного железобетона, а из кирпича и сборных железобетонных элементов. Поэтому жесткость таких зданий значительно меньше и они не могут погасить неравномерности деформаций. Согласно принятой классификации, подобные здания относятся к категории сооружений практической жесткости.
35. Какие виды деформации и смещения сооружений вы знаете?
В зависимости от характера развития неравномерных осадок основания и жесткости сооружения различают следующие формы деформаций сооружений: крен, прогиб, выгиб, перекос и кручение (рис.Ф.6.8.).
|
Рис.Ф.6.8. Проявление различных видов деформаций: а - прогиб; б - перекос; в, г, д - крен; е - прогиб и выгиб; ж - выгиб |
Крен(см.рис.Ф.6.8,в,г,д) поворот относительно горизонтальной оси. Крен возникает при неравномерной загрузке основания или при наличии в основании несимметричного напластования грунтов. Крен всего сооружения с фундаментами в виде сплошных железобетонных плит определяется как разность осадок его противоположных сторон, отнесенная к расстоянию между ними:
Предельная величина крена ограничена требованиями СНиП [1]. Наибольшую опасность крен представляет для высоких сооружений (элеваторы, дымовые трубы, антенны и др.).
При действии внецентренной нагрузки может возникнуть крен фундамента, который определяется из выражения
где E и 0 соответственно модуль деформации и коэффициент Пуассона грунта основания (при неоднородном основании значения E и 0принимаются средними в пределах сжимаемой толщи); ke коэффициент, зависящий от формы фундамента; N вертикальная составляющая равнодействующей всех нагрузок на фундамент на уровне его подошвы; e эксцентриситет;a диаметр круглого или сторона прямоугольного фундамента, в направлении которой действует момент; для фундаментов с подошвой в форме правильного прямоугольника (здесь A площадь многоугольника); km коэффициент, учитываемый при расчете крена фундамента по схеме линейно-деформируемого слоя при a 10 м и E 10 МПа.
Прогиб и выгиб(рис.Ф.5.2,е) вызваны искривлением сооружения по его длине. При прогибе наибольшие разрушения происходят в нижней части сооружения, а при выгибе в верхней.
Перекос возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадки развивается на коротком участке сооружения при сохранении вертикального положения конструкций.
Кручение сооружения возникает при различном его крене в двух параллельных сечениях.
36. Следует ли учитывать при проектировании оснований возможность изменения гидрогеологических условий площадки строительства?
При проектировании оснований должна учитываться возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
Согласно СНиП [1], данный учет должен выполняться, если имеются или возможны образования верховодки, естественных сезонных и многолетних колебаний уровня грунтовых вод, техногенное изменение уровня грунтовых вод, возрастание степени агрессивности грунтовых вод по отношению к материаламподземных конструкций и коррозионная активность грунтов.
Понижение уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации зданий и сооружений может приводить к изменению веса грунта и осадке фундаментов. При подъеме грунтовых вод возникает необходимость устройства водопонижения.
37. Почему возможно изменение гидрогеологических условий площадки строительства?
При строительстве основными факторами подтопления являются изменение условий поверхностного стока воды при вертикальной планировке, разрушение естественных водотоков, накопление атмосферных вод в котловане при большом разрыве во времени между земляными и строительно-монтажными работами и т.п.
При эксплуатации подтопление вызывается замачиванием (инфильтрацией) грунтов из-за наличия утечек производственных вод, полива зеленых насаждений, уменьшения атмосферного испарения под зданиями и дорожными покрытиями (эффект экранирования).
38. Какие отрицательные воздействия оказывает подтопление зданий и сооружений?
Во-первых, подъем уровня грунтовых вод приводит к нарушению условий нормальной эксплуатации заглубленных (подвальных) помещений и, во-вторых, как правило, сопровождается ухудшением физико-механических свойств грунтов основания.
В связи с этим, в проекте должны предусматриваться следующие защитные мероприятия:
гидроизоляция подземных конструкций; ограничение подъема уровня грунтовых вод, исключение утечки из водонесущих коммуникаций; устройство дренажа, противофильтрационных завес, специальных каналов для коммуникаций и т.д.
дренаж, шпунт, закрепление грунтов, препятствующие механической или химической суффозии;
покрытие или облицовка подземных конструкций полимерными материалами, свинцом, футеровка камнем при наличии агрессивных грунтовых вод и др.
39. Каким образом осуществляется защита подвальных помещений от грунтовых вод?
Практически во всех случаях устройства зданий с подвальными помещениями требуется гидроизоляция, основное назначение которой обеспечить нормальную эксплуатационную способность подземной части здания.
В зависимости от положения уровня грунтовых вод применяют следующие способы защиты:
при уровне грунтовых вод ниже подошвы фундаментов стены и пол подвальных помещений покрываются штукатуркой, с наружной стороны стены покрываются битумной мастикой и прокладывается рулонная изоляция в стене на уровне пола подвала;
при уровне грунтовых вод выше пола подвала гидроизоляцию устраивают в виде сплошной оболочки из гидроизола или при больших гидростатических давлениях грунтовой воды с пригрузкой железобетонным корытом (см.подробнее об этом в главе Ф.17).
40. Что является определяющим при выборе типа фундамента?
Выбор типа оснований или конструктивного решения фундаментов выполняется на основании технико-экономического сравнения различных вариантов.
41. Какие технико-экономические показатели определяют эффективность принятого варианта оснований и фундаментов?
К техническим показателям относятся: тип оснований и конструкции фундаментов, расчетные осадки, материалоемкость.
К экономическим показателям относятся: приведенные затраты, сметная стоимость, трудоемкость изготовления, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техническую базу строительства, эксплуатационные затраты.
42. Какой принцип используется для сравнения различных типов фундаментов?
Для сравнения различных вариантов фундаментов используется принцип сопоставимости, который предполагает, что все варианты должны быть рассчитаны на одинаковые нагрузки для одних и тех же грунтовых условий.
Варианты решений фундаментов должны основываться на объективных данных инженерно-геологических изысканий. Проектные решения фундаментов следует сравнивать при равной степени проработки конструктивных элементов, определяя приведенные затраты.
43. Как производится выбор основания и фундаментов?
Выбор основания заключается в определении несущего слоя грунта, исходя из инженерно-геологических условий строительной площадки. На рис. Ф.8.5 показаны три типа различных инженерно-геологических условий и приведены показатели, по которым можно косвенно судить о прочности грунтов основания.
При однородном основании выбор несущего слоя однозначен, но подобные грунтовые условия встречаются редко. Более часто основание бывает сложено разнородными грунтами, например такими, как показано на рис. Ф.8.5,а,б,в. Во втором случае более прочным является второй слой (показатель текучести IL имеет минимальное значение), а в третьем первый и третий слои грунта.
|
Рис. Ф.8.5. Различные схемы напластований грунтов и варианты рекомендуемых типов фундаментов: а - прочный грунт (1) подстилается еще более прочным (2); б - слабый грунт сверху (3) подстилается прочным (1); в - слой слабого грунта (3) находится между более прочными слоями (1): в этом случае можно предложить закрепление (5) |
В общем случае, если стоимость фундаментов не имеет определяющего значения, в качестве несущего слоя могут приниматься любые грунты, но не рекомендуется для него использовать ил, торф, рыхлые песчаные и текучепластичные глинистые грунты.
При выборе типа фундаментов определяющим является конструктивное решение здания или сооружения. Как правило, для жилых зданий применяются ленточные сборные или монолитные фундаменты, а для промышленных зданий отдельно стоящие сборные или монолитные фундаменты. В том случае, если несущий слой грунта находится на расстоянии более 3-5 м от поверхности, применяют свайные фундаменты. Для специальных сооружений типа элеваторов, градирен, дымовых труб, АЭС и ТЭЦ могут применяться фундаменты в виде сплошных железобетонных плит с глубиной заложения не более 5 м. При неоднородном основании в некоторых случаях для жилых и административных зданий может оказаться более эффективным применение фундаментов в виде перекрестных лент и сплошных плит.
44. В каких случаях целесообразно применение фундаментов мелкого заложения?
Фундаменты мелкого заложения могут применяться для любых зданий и сооружений и инженерно-геологических условий. Однако при наличии в основании слабых слоев грунта выбор типа фундамента (мелкого или глубокого заложения) должен определяться на основе технико-экономического сравнения вариантов.
45. Как называются основные элементы фундамента мелкого заложения?
Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая поверхность и ступени (рис.Ф.9.2,а). Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента. Нижняя плоскость, через которую передается нагрузка на основание, называется подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую поверхность.
Расстояние от поверхности планировки DL до подошвы называется глубиной заложения d. Высота фундамента hf определяется расстоянием от подошвы фундамента до его обреза. За ширину подошвы фундамента принимается ее наименьший размер b, а за длину ее больший размер l, то есть l b.
Фундаменты под колонны могут иметь одну или несколько ступеней. Верхняя часть такого сборного фундамента имеет подколонник. Место в подколоннике, в которое устанавливается колонна, называется стаканом.
Вертикальная часть наружного ленточного фундамента образует фундаментную стену.
|
Рис. Ф.9.2. Фундамент под колонну (а,б) и под стену (в): |
46. От чего зависит глубина заложения фундамента?
Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельных по условиям нормальной эксплуатации.
Глубина заложения фундаментов определяется:
а) конструктивными особенностями зданий или сооружений (например, жилое здание с подвалом или без него), нагрузок и воздействий на их фундаменты;
б) глубиной заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубиной прокладки инженерных коммуникаций;
в) инженерно-геологическими условиями площадки строительства (физико-механические свойства грунтов, характер напластования и пр.);
г) гидрогеологическими условиями площадки и возможными их изменениями в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений;
д) глубиной сезонного промерзания грунтов.
Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки (рис.Ф.9.3,а) или пола подвала до подошвы фундамента (рис.Ф.9.3,б), а при наличии бетонной подготовки до ее низа.
При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется[1]:
а) предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта не менее чем на 10-15 см;
б) избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта, если его прочностные и деформационные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя грунта;
в) стремиться, если это возможно, закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.
|
Рис.Ф.9.3. Схемы к определению глубины заложения фундаментов d: |
47. Допускается ли закладывать подошвы соседних фундаментов на разных отметках?
Фундаменты здания рекомендуется закладывать на одной отметке. Однако, если здание состоит из нескольких отсеков, то для ленточных фундаментов допускается применение различной глубины их заложения. При этом переход от более заглубленной части к менее заглубленной должен выполняться уступами (рис.Ф.9.4). Уступы должны быть не круче 1:2, а высота уступа h не более 60 см.
|
Рис.Ф.9.4. Заложение соседних фундаментов на разной глубине |
Допустимая разность отметок заложения столбчатых фундаментов (или столбчатого и ленточного) определяется по формуле
где a расстояние между фундаментами в свету; Iи cI расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта; p среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента под действием расчетных нагрузок.
48. Как определяется нормативное значение глубины сезонного промерзания грунта?
Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.
При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов определяют на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяется по формуле
где d0 глубина промерзания при , м, принимаемая: для суглинков и глин 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности 0,30; крупнообломочных грунтов 0,34; Mt безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, C, принимаемых по СНиП [8] или по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях.
За неимением этих данных нормативную глубину сезонного промерзания можно определить по схематической карте (рис.Ф.9.5), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d0= 0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение dfn, найденное по карте, умножается на отношение d0/0,23 (где d0соответствует грунтам рассматриваемой строительной площадки).
|
Рис.Ф.9.5. Карта нормативных значений глубины промерзания d0, см |
49. Как определяется расчетное значение сезонного промерзания грунта?
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле
где kh коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для отапливаемых зданий в зависимости от конструкции полов и температуры внутри помещений, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий kh = 1,1 (кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой).
50. В каких грунтах глубина заложения фундаментов назначается независимо от расчетной глубины промерзания грунтов?
В скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем грунтах, песках гравелистых, крупных и средней крупности глубина заложения фундаментов назначается произвольно, так как в этих грунтах при замерзании не возникает сил морозного пучения.
51. Можно ли снизить силы морозного пучения конструктивными мероприятиями?
Глубину заложения фундаментов по условиям морозного пучения можно уменьшить за счет применения:
а) постоянной теплозащиты грунта по периметру здания;
б) водозащитных мероприятий, уменьшающих возможность замачивания грунтов;
в) полной или частичной замены пучинистого грунта на непучинистый под подошвой фундамента;
г) обмазки боковой поверхности фундаментов битумной мастикой или покрытия ее полимерными пленками;
д) искусственного засоления грунтов обратной засыпки.
52. Как определить, будет ли фундамент при данных условиях выдавливаться из грунта при его замерзании?
Фундамент будет испытывать деформации подъема при следующих условиях:
а) если фундамент заложен выше расчетной глубины сезонного промерзания в глинистом грунте текучей консистенции и пылеватом водонасыщенном песке, а расстояние между подошвой фундамента и уровнем грунтовой воды менее двух метров;
б) если касательные силы морозного пучения, возникающие на боковой поверхности фундамента, будут больше нагрузок от веса фундамента и надземных конструкций.
При этом второе условие является определяющим. Поэтому глубина заложения фундаментов может быть уменьшена за счет применения конструктивных мероприятий, обеспечивающих прочность и нормальные условия эксплуатации сооружения при неравномерных деформациях основания. Например, сооружение с монолитным каркасом выполнено на фундаментах в виде монолитной железобетонной плиты.
53. Из каких материалов делаются фундаменты?
В качестве материала фундаментов применяются бетон, железобетон, бут, кирпич. Основными материалами для фундаментов являются железобетон и бетон, которые применяются при устройстве всех видов фундаментов в различных инженерно-геологических условиях.
Железобетонные фундаменты выполняются из бетона марки не ниже В15 с армированием горячекатаной арматурой из стали класса А-III.
Каменная кладка фундаментов из кирпича, бута и пустотелых блоков предусматривается в конструкциях, работающих на сжатие, в основном для ленточных фундаментов и стен подвалов.
Бутобетон и бетон применяются наиболее часто при устройстве фундаментов в траншеях при их бетонировании в распор со стенками.
В строительстве применяются бутовые, бутобетонные (в бетон втапливают бутовые камни в количестве 25-30 % объема кладки) и бетонные фундаменты с уступами или наклонными гранями (рис.Ф.9.10). Высота уступа hy для бетона принимается обычно не менее 30 см, для бутобетона и бутовой кладки 40 см.
|
Рис.Ф.9.10. Отдельно стоящий столбчатый фундамент: |
Положение боковой грани фундамента определяется углом жесткости , при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения. Угол жесткости, определяющий отношение между высотой h и шириной b уступов, или наклон боковых граней (угол ), зависит от марки бетона, бута, кирпича и изменяется от 30 до 40 .
54. На какие типы можно подразделить фундаменты мелкого заложения?
Различают следующие основные типы фундаментов мелкого заложения (рис.Ф.9.12).
1. Ленточные фундаменты под стены и колонны.
2. Ленточные прерывистые фундаменты под стены.
3. Столбчатые фундаменты под стены.
4. Отдельно стоящие фундаменты под колонны.
5. Щелевые фундаменты.
6. Фундаменты в вытрамбованных котлованах.
7. Сплошные фундаменты в виде железобетонных плит.
8. Коробчатые фундаменты.
55. Как конструктивно подразделяются фундаменты под стены и колонны?
Ленточные фундаменты под стены устраиваются монолитными или из сборных блоков (рис.Ф.9.12,а,б,в,г,д). В монолитном варианте армируется только плитная часть фундамента. В сборном варианте используются железобетонные (с армированием) подушки и бетонные блоки (без армирования) для фундаментных стен. Толщина фундаментной подушки равна 300, 500 мм. Ширина изменяется от 600 до 3200 мм. Фундаментные блоки имеют унифицированную ширину 300, 400, 500, 600 мм и высоту 280, 580 мм. Длина блоков равна 880, 1180 и 2380 мм.
Ленточные фундаменты под колонны (рис.Ф.9.12,е) выполняются из монолитного железобетона с армированием подошвы и стен фундамента. Если ленты делаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях, то фундамент называется фундаментом из перекрестных лент (рис.Ф.9.12,ж). Данный тип фундаментов имеет ряд преимуществ перед обычными ленточными, так как обладает способностью к выравниванию неравномерных деформаций основания.
56. Какие особенности имеют ленточные прерывистые фундаменты?
Ленточные прерывистые фундаменты (см.рис.Ф.9.12,а) отличаются от обычных тем, что фундаментные подушки укладываются с разрывом, величина которого определяется расчетом. Пространство между подушками заполняется песком или грунтом с уплотнением. Нагрузка от фундаментной стены передается через уплотненный грунт на основание. Стоимость прерывистых фундаментов до 10-15 % менее стоимости обычных ленточных.
|
|
|
Рис.Ф.9.12. Фундаменты мелкого заложения: |
57. В каких случаях необходимо обеспечить устойчивость наружных стен ленточных фундаментов и чем это достигается?
Если глубина подвала превышает 3 м, то под действием активного давления грунта возможно смещение фундаментных стеновых блоков по направлению в подвал. Поэтому для повышения устойчивости стен подвала в горизонтальные швы между блоками вводятся плоские сетки (см. рис.Ф.9.12,г) из арматуры диамет-
ром 8-10 мм.
58. Что такое армированный пояс?
При возведении сборных ленточных фундаментов на сильносжимаемых, просадочных и других структурно неустойчивых грунтах для повышения жесткости фундаментов предусматриваются армированные швы или пояса (рис.Ф.9.16) поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания с соблюдением следующих требований:
армированный шов должен быть толщиной 3-5 см; для его устройства применяется цементный раствор не ниже марки раствора основной кладки и не ниже М 50;
армированный пояс выполняется из монолитного бетона шириной не менее толщины фундаментного блока (кирпичной стены) и высотой 15-30 см, бетон марки не ниже В15;
шов и пояс армируют стержнями диаметром не менее 10 мм.
59. Для чего осуществляется перевязка фундаментных стеновых блоков?
Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента предусматривается связь между продольными и поперечными стенами путем перевязки их фундаментными стеновыми блоками или закладки в горизонтальные швы арматурных сеток.
Фундаментные стеновые блоки укладывают с перевязкой вертикальных швов на участке длиной не менее высоты фундаментного стенового блока на структурно неустойчивых грунтах и не менее 0,4 высоты блока при модуле деформации грунтов E > 10 МПа.
60. Какую конструкцию имеют столбчатые фундаменты под стены?
Столбчатые фундаменты (см.рис.Ф.9.12,з,к) применяются в зданиях с конструктивной схемой из неполного каркаса. Столбчатые фундаменты состоят из фундамента стаканного типа, на обрез которого укладываются фундаментная балка или цокольная панель. Фундаменты данного типа допускается устраивать на грунтах с высокими деформационными и прочностными характеристиками. Это объясняется тем, что подобные фундаменты не допускают неравномерности деформаций. Фундаменты армируются в плоскости подошвы сварными сетками и пространственными каркасами в теле столба (колонны).
61. Какую конструкцию имеют отдельно стоящие фундаменты под колонны?
Отдельно стоящие фундаменты (см.рис.Ф.9.12,л,м) устраивают под колонны из монолитного железобетона, включая плитную часть ступенчатой формы и подколонник. Монолитные фундаменты выполняются как одно целое с колоннами. При этом арматура колонн соединяется с арматурой фундамента (рис.Ф.9.19). Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана, а металлических колонн при помощи анкерных болтов.
|
Рис.Ф.9.19. Соединение колонн с фундаментом: |
Высота ступеней принимается кратной 150 мм. Первая ступень должна быть не менее 300 мм. Ширина ступеней определяется из условия продавливания.
В песчаных грунтах под монолитными фундаментами обязательно устраивается монолитная подготовка толщиной 150 мм из бетона марки не ниже М.50. В глинистых грунтах подготовку можно не устраивать, но необходимо увеличить защитный слой бетона до 80 мм.
Отдельные фундаменты могут быть сборными, состоящими из одного или нескольких элементов (см.рис.9.12,м).
62. Какую конструкцию имеют щелевые фундаменты?
Щелевые фундаменты (рис.Ф.9.20) представляют собой тонкие стенки толщиной от 10 до 20 см, устраиваемые путем прорезки грунта и заполнения щели бетоном с полным или частичным армированием. Подколонник опирается непосредственно на бетонные пластины и выполняется в монолитном варианте. Преимущество щелевого фундамента в том, что нагрузка на основание передается не только торцом, но и боковой поверхностью. Однако щелевые фундаменты можно устраивать только в глинистых грунтах.
|
Рис.Ф.9.20. Ленточный многощелевой фундамент: |
При разработке щели барой часть грунта остается на ее дне и зачистку приходится делать вручную, что снижает технологичность устройства подобных фундаментов.
63. Какую конструкцию имеют фундаменты, устраиваемые в вытрамбованных котлованах?
Фундаменты в вытрамбованных котлованах (рис.Ф.9.21) устраивают с помощью конической или трапецеидальной трамбовки путем ее сбрасывания с высоты 4-6 м до образования полости в грунте, которая заполняется бетоном. Преимущество подобного фундамента в том, что при вытрамбовании грунта вокруг котлована образуется зона с большей плотностью, чем плотность естественного грунта. В результате не только увеличивается несущая способность фундамента, но и частично устраняются просадочные свойства лессовых грунтов.
|
Рис.Ф.9.21. Фундаменты в вытрамбованных котлованах: |
Несущую способность фундамента можно увеличить, если выполнить устройство уширенной зоны втрамбованием в грунт щебня.
Применение фундаментов в вытрамбованных котлованах дает наибольший эффект при степени влажности Sr 0,75 и удельном весе не более 16 кН/м3.
64. Как устраиваются фундаменты в виде сплошных железобетонных плит?
Фундаменты в виде сплошных железобетонных плит (см. рис.Ф.9.12,н,о,п) устраиваются под всем зданием или сооружением и представляют собой плоскую, ребристую или коробчатую плиты (рис.Ф.9.22). В плане эти фундаменты имеют прямоугольное, круглое или кольцевое очертания.
|
Рис.Ф.9.22. Плитные фундаменты: |
В отличие от рассмотренных ранее, сплошные фундаменты обладают способностью изгибаться под действием внешних нагрузок. Поэтому сплошные фундаменты армируются как в нижней, так и в верхней зонах сечения (рис.Ф.9.22). Армирование выполняется плоскими сварными сетками или отдельными стержнями, которые укладываются на поддерживающие каркасы.
Данный тип фундаментов имеет наибольшее преимущество при слабых грунтах, так как эти фундаменты нечувствительны к неравномерным осадкам.
65. Почему у некоторых фундаментов подошва выполняется наклонной?
Подобные фундаменты применяются в том случае, если на обрезе фундамента действует наклонная нагрузка. Наклонная нагрузка возникает от распорных конструкций без затяжки. Примером являются Г-образные рамы сельскохозяйственных зданий и арочные покрытия спортивных сооружений.
Фундаменты устраиваются в монолитном или сборном исполнении (рис.Ф.9.23) с углом наклона подошвы к горизонту не более 20 . Устройство наклонной грани устраняет возможность сдвига фундамента по подошве, повышая тем самым его устойчивость.
|
Рис.Ф.9.23. Фундамент с наклонной подошвой: |
66. Для чего под подошвой фундамента устраивается песчаная подготовка?
Основное назначение песчаной подготовки устранить неровности в плоскости контакта подошвы фундамента и грунта основания, образующиеся при разработке котлована. При этом устраняется возможность смятия грунта и тем самым выравниваются контактные напряжения по подошве фундамента.
Песчаная подготовка устраивается в глинистых грунтах. В песчаных грунтах при устройстве монолитных железобетонных фундаментов роль песчаной подготовки выполняет слой из тощего бетона, называемый подбетонкой. Толщина подбетонки принимается равной 100-150 мм.
Целесообразно возводить фундаменты на промежуточной подготовке переменной жесткости в плане (рис.Ф.9.24). В этом случае эпюра контактных давлений трансформируется таким образом, что наибольшие давления на грунт концентрируются под бетонной частью подготовки.
|
Рис.Ф.9.24. Фундамент на промежуточной подготовке: |
67. В чем отличие напряженного состояния под столбчатыми, ленточными и круглыми в плане фундаментами?
Характер распределения напряжений в грунтах зависит от вида нагрузки, приложенной на его поверхности.
Под подошвой столбчатых фундаментов, имеющей очертание в плане в виде квадрата или прямоугольника, напряжения и деформации, возникающие в грунте от нагрузки, передаваемой фундаментом, распределяются в основании в условиях пространственной деформации. Поэтому для определения напряжений и деформаций в основании в этом случае следует использовать решение Буссинеска для сосредоточенной силы с интегрированием по площади квадрата или прямоугольника.
Под ленточными фундаментами мы имеем условия плоской деформации, поэтому для определения напряжений используется решение Фламана, полученное для линейной нагрузки с его интегрированием по ширине фундамента.
Для круглых в плане фундаментов, массив грунта под которыми находится в условиях осесимметричной деформации, используется решение Буссинеска с интегрированием для нагрузки, равномерно распределенной по кругу.
68. В чем отличие центрально и внецентренно нагруженных фундаментов?
Центрально нагруженными называют фундаменты, у которых центр тяжести подошвы и внешней нагрузки находятся на одной вертикали (рис.Ф.9.26,а).
Внецентренно нагруженными называют фундаменты, у которых внешняя нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно центра тяжести подошвы фундамента (рис.Ф.9.26,б).
|
Рис.Ф.9.26. Центрально (а) и внецентренно (б) нагруженные фундаменты. Эпюры реактивных давлений под подошвой фундаментов при различном эксцентриситете внешней нагрузки |
Для ленточных и столбчатых фундаментов из-за их большой жесткости реактивные (контактные) давления под подошвой принимаются распределенными равномерно у центрально нагруженных фундаментов или изменяющимися по трапецеидальному закону у внецентренно нагруженных фундаментов. В некоторых случаях при большой величине эксцентриситета внешней нагрузки эпюра реактивных давлений может иметь треугольное очертание.
Для характеристики формы эпюры реактивных давлений под подошвой фундамента используется величина относительного эксцентриситета вертикальной нагрузки на фундамент (рис.Ф.9.26).
При = 0 эпюра реактивных давлений прямоугольная, при <1/6 трапециевидная, при = 1/6 реугольная с нулевой ординатой у менее загруженного края подошвы, при > 1/6 треугольная с нулевой ординатой в пределах части подошвы, то есть при этом происходит частичный отрыв подошвы от грунта. Последнее состояние допускается только на стадии монтажа строительных конструкций.
69. В чем заключается сущность расчета по деформациям?
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 (см. также Ф.4.5).
70. На какие виды подразделяются деформации оснований и сооружений?
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 (см. также Ф.5.5).
71. Какие деформации являются наиболее опасными для сооружений?
Наиболее опасны для конструкций зданий и сооружений неравномерные деформации основания, которые вызывают дополнительные усилия в конструкциях. При этом чем больше деформация, тем больше могут быть усилия, которые при определенной их величине приводят к возникновению трещин в конструкциях.
Основными причинами возникновения неравномерных деформаций являются:
неравномерная сжимаемость грунтов из-за их неоднородности, выклинивания и непараллельности залегания отдельных слоев (рис.Ф.10.3);
|
Рис.Ф.10.3. Выклинивание разных по сжимаемости пластов грунта под сооружением |
неодинаковая нагрузка на фундаменты, вынуждающая предусматривать различные размеры их подошвы, а это при одной и той же интенсивности давления на основание вызывает неравномерные осадки уплотнения;
неравномерное увлажнение просадочных и набухающих грунтов, приводящее к различным деформациям (просадки или подъема фундаментов);
неодновременное загружение фундаментов в процессе строительства и эксплуатации зданий, особенно при строительстве зданий вблизи существующих;
неравномерное распределение нагрузок на полы производственных зданий, а также наличие различающейся пригрузки вблизи здания или сооружения.
72. Как нормируются значения деформаций оснований?
Расчет оснований по деформациям производится из условия совместной работы сооружения и основания. При этом совместная деформация оценивается следующими расчетными показателями, величины которых не должны превышать их нормируемых значений (см. Ф.5.6, Ф.5.7):
абсолютной осадкой основания отдельного фундамента s;
средней осадкой основания сооружения ;
относительной неравномерностью осадок двух фундаментов s/L;
креном фундамента или сооружения в целом i;
относительными прогибом или выгибом f/L отношением стрелы прогиба или выгиба к длине однозначно изгибаемого участка сооружения;
кривизной изгибаемого участка сооружения 1/R;
относительным углом закручивания сооружения ;
горизонтальным перемещением фундамента u.
Средняя осадка определяется по формуле
где si абсолютная осадка i-го фундамента с площадью подошвы Ai.
73. Как определяются нормируемые (предельные) значения деформации основания?
Предельные значения деформации основания определяются с использованием таблицы прил.4 СНиП [1], где приведены рекомендуемые значения: относительной разности осадок s/L, средней осадки основания и крена фундамента i. Эти значения получены на основании многолетних наблюдений за деформациями зданий и сооружений с различной конструктивной схемой (см. также вопрос Ф.10.7).
74 Зависит ли величина предельной деформации основания от грунтовых условий?
Предельные деформации основания не зависят от грунтовых условий строительной площадки, а зависят только от конструкции здания или сооружения и его фундаментов. Чем выше жесткость здания, тем выше допускаемые предельные значения деформаций основания. Если для производственных и жилых зданий с полным каркасом максимальная осадка равна 8 см, то для сооружений элеваторов из железобетонных конструкций на монолитной плите средняя осадка равна 40 см. Это объясняется тем, что элеваторы и дымовые трубы обладают большой способностью перераспределять усилия, возникающие при неравномерной деформации основания.
75. Как проектировать здание или сооружение, если неизвестно предельное значение деформации основания?
Согласно п.6 примечаний к таблице СНиП [1] (прил.4), где приведены предельные значения деформации основания, допускается принимать предельные значения деформаций основания на основе опыта проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.
76. Как рассчитать осадку основания методом послойного суммирования?
Осадка основания s с использованием расчетной схемы в виде линейно-деформируемого полупространства определяется методом послойного суммирования по формуле
где 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: |
Дополнительные вертикальные напряжения на глубине z от подошвы фундамента zp по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента, определяются по формуле
где 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 = d, при отсутствии планировки и планировке подсыпкой = dn, где удельный вес грунта, расположенного выше подошвы; d и dn глубина заложения фундамента соответственно от уровня планировки DL и природного рельефа NL.
При подсчете осадок основание разбивается на отдельные элементарные слои, сжатие которых определяется от дополнительного вертикального нормального напряжения zp, действующего по оси фундамента в середине рассматриваемого слоя.
Суммирование по формуле проводится в пределах сжимаемой толщи основания Hc, нижняя граница которой определяется равенством zp=0,2 zg. Если найденная нижняя граница сжимаемой толщи находится в слое грунта с модулем деформации E 5МПа, то нижняя граница сжимаемой толщи определяется исходя из условия zp=0,1 zg (см.также М.9.5-9.10 и [1]).
77. Как определить ширину подошвы центрально нагруженного фундамента?
Для определения ширины подошвы центрально нагруженного фундамента необходимо предварительно собрать нагрузки на фундамент и задаться глубиной его заложения.
Если нагрузка от веса надземных конструкций NII, приложенная на обрезе фундамента (рис.Ф.10.21,а), известна, то давление на основание под подошвой фундамента будет:
где Gгр вес грунта обратной засыпки на обрезах фундамента; Gф вес фундамента; А площадь подошвы фундамента (см.также Ф.9.26).
|
Рис.Ф.10.21. Расчетные схемы к определению ширины подошвы фундаментов: |
В практических расчетах, усредняя вес грунта и вес фундамента в объеме призмы АБВГ, давление определяют по формуле
где среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое равным 20 кН/м3; d глубина заложения и A площадь подошвы фундамента.
Так как давление под подошвой фундамента не должно превышать расчетного сопротивления грунта, то, если принять p=R, получим формулу для определения площади подошвы фундамента:
С целью ускорения расчетов в поcледнем выражении можно предварительно заменить R на R0, определив его по таблице СНиП, т.е. не выполнять сначала расчетов по определению R, но после подбора A по R0эти расчеты для R необходимо провести повторно.
Для ленточного фундамента расчет выполняется на 1 п.м. длины фундамента, поэтому ширину подошвы находят по формуле b=A/l.
Для фундаментов с квадратной подошвой , с круглой .
78. Как определить ширину подошвы внецентренно нагруженного фундамента?
Размеры подошвы внецентренно нагруженных фундаментов определяют исходя из условий:
где p среднее давление под подошвой фундамента, определяемое как ; максимальное краевое давление под подошвой фундамента; то же, в угловой точке при действии моментов в двух направлениях; R расчетное сопротивление грунта основания.
Максимальное и минимальное давления под подошвой внецентренно нагруженного фундамента определяются по формуле
где N суммарная вертикальная нагрузка на основание включая вес фундамента и грунта на его обрезах; А площадь подошвы фундамента; W момент сопротивления площади подошвы фундамента.
В некоторых случаях вертикальная нагрузка может быть приложена с эксцентриситетами относительно обеих главных осей подошвы фундамента (рис.Ф.10.22). В этом случае краевые давления в угловых точках подошвы определяются из выражения
где и моменты сил относительно главных осей; Wx и Wy моменты сопротивления относительно главных осей.
|
Рис.Ф.10.22. Внецентренное нагружение фундамента |
В формулах для pmax фундамента давление распределяется неравномерно, а вследствие , расчетное сопротивление увеличено соответственно на 20 и 50 %. Это объясняется тем, что под подошвой внецентренно нагруженного большой жесткости фундамента и податливости грунта основания напряжения под более нагруженной частью перераспределяются.