Основные понятия, классификация фундаментов и оснований

В.С.КИРИЛЛОВ

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

ОСНОВАНИЯ

И ФУНДАМЕНТЫ

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов автомобильно-дорожных специальностей высших учебных заведений

Ф

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1980

УДК 024.1П(О7Г).Н)

Глава! ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Кириллов В. С. Основания и фундаменты. Учебник для автомо­бильно-дорожных вузов.— 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Транспорт, 1980—392 с.

В книге рассмотрены конструкции, методы расчета и способы возведения фундаментов мелкого заложения, свайных, а также из опускных колодцев и кессонных, применяемых в мостостроении. Из­ложены особенности сооружения фундаментов на вечномерзлых грунтах и в особых условиях. Приведены строительные свойства грунтов оснований, методы оценки их несущей способности, общие принципы укрепления слабых грунтов.

Первое издание опубликовано в 1966 г. Изменения и дополне­ния внесены в соответствии с новыми программой курса и СНиПом.

Учебник предназначен для студентов автомобильно-дорожных вузов и факультетов.

Ил. 228, табл. 73.

Автор выражает глубокую благодарность канд. техн. наук доц. Р. С. Шеляпину за полезные замечания и пожелания, данные им при рецензировании рукописи.

Издательство «Транспорт», 1980.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ И ОСНОВАНИЙ

Инженерное сооружение состоит из надземной части и фундамен-тп, расположенного ниже уровня воды в реке или поверхности зем­ли. Основное назначение фундамента — передать грунту давление от собственного веса сооружения и действующих на него нагрузок. Млссив грунта, воспринимающий давление от фундамента, назы-ппстся основанием. Основание не имеет четко выраженных границ, тлк как давление в грунте распространяется (теоретически) беспре­дельно. При решении практических задач за границу основания принимают те слои грунта, в которых напряжения, возникающие ВТ давления фундамента, малы и их можно не учитывать.

Фундаменты и их основания — ответственные элементы соору­жения, от качества и надежности которых в большой степени зави­сят долговечность и безопасность его эксплуатации. Фундаменты мостовых опор обычно возводят в сложных гидрогеологических условиях, вынуждающих применять конструкции и способы устрой-сгна, как правило, во многом отличающиеся от фундаментов про­мышленных, гражданских и других инженерных сооружений.

В фундаментах принято различать (рис. 1.1): обрез — плоскость /—/, разделяющую фундамент от надфундаментной части; подош-иу — плоскость //—//, которой фундамент опирается на грунт; вы­соту фундамента — расстояние между его обрезом и подошвой; глубину заложения — расстояние между поверхностью грунта и подошвой-.

Чтобы обеспечить устойчивость сооружения, фундаменты рас­полагают на прочных грунтах. От глубины залегания прочных грун­тов зависят условия работы фундамента в грунте, его конструкция и способ возведения. В современном строительстве применяют раз­личные конструкции и способы устройства фундаментов, которые условно разделяют на две основные группы — мелкого и глубокого наложения.

Фундаменты мелкого заложения. Если фундамент заложен на глубине до 5—6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1, 5—2, то его называют фундаментом мелкого зало­жения и возводят в заранее открытой выемке, называемой котло-ианом. Большинство жилых и промышленных зданий, а также мно­гих других инженерных сооружений имеют фундаменты мелкого.сложения.

Возможность без больших затрат обнажать прочные слои грун­та и использовать их в качестве основания определяет и конструк­тивную форму фундамента. В этих условиях под сооружение, име-

З

ющее небольшую протяжен-
ность в плане, например под
опору моста,.фундамент воз­
водят в виде сплошного мас­
сива и называют массивным
(рис. 1.2, а). Если длина фун­
дамента значительно больше
ширины, то его называют лен­
точным. Ленточные фундамен­
ты возводят под колонны,
когда последние расположены
на небольшом расстоянии друг
от друга (рис. 1.2, 6), под сте­
ны зданий (рис. 1.2, е), под
подпорные стенки (рис. 1.2, г)
и другие аналогичные соору­
жения большой протяженно­
сти. Если расстояние между
колоннами 'большое, то колонны располагают на отдельных фун­
даментах небольшого объема, называемых башмаками или по­
душками (рис. 1.2, д). |
Для уменьшения давлений на грунты основания иногда прихо­
дится возводить под всем сооружением сплошной фундамент (рис.
1.2, е), состоящий из горизонтальных плит и вертикальных стен.
Сплошные фундаменты устраивают под высотные здания, водона­
порные башни, элеваторы и т. п.

Фундаменты глубокого заложения. Если подошва фундамента расположена на глубине более 5—6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы более 1, 5—2, то фундамент будет глубокого за­ложения. Такие фундаменты, в свою очередь, подразделяются на свайные, опускные колодцы и кессонные.

Свайный фундамент (рис. 1.3) состоит из свай и объеди­няющей их поверху плиты. Подошвой его будет поверхность, по ко-

Э

е=^

5~ув

■ Щ> 7:

Ллотныйи п грунт

Рис. 1.3. Схемы опор на свайных фундаментах

торой располагаются нижние концы свай. В этом уровне все на­грузки, действующие на фундамент, передаются нижележащему грунту, а грунт, расположенный между сваями, служит промежу­точной средой, способствующей передаче нагрузок на грунт осно­вания.

Плита свайного фундамента, называемая ростверком, может быть расположена на разных уровнях по отношению к поверхности земли. Она может быть заглублена в грунт (рис. 1.3, а), может быть расположена и выше поверхности земли (рис. 1.3, б). На верх­ней поверхности плиты (на обрезе) свайного фундамента распола­гается надфундаментная часть сооружения. Есть также конструк­ции, в которых сваи и объединяющая их плита выполняют функции и фундамента и надфундаментной части сооружения. Так, в мостах свайно-эстакадного типа (рис. 1.3, в) опоры состоят из свай и плит-насадок, на которые опираются пролетные строения.

Техника устройства свайных фундаментов в настоящее время настолько развилась и усовершенствовалась, что этот тип фунда­ментов стал одним из основных, особенно в строительстве искусст­венных сооружений. Достаточно указать, что современное техноло­гическое оборудование позволяет возводить фундаменты со сваями длиной более 50—60 м.

Опускные колодцы бывают массивными или тонкостенны­ми. Массивные колодцы (рис. 1.4) представляют собой бетонную или железобетонную толстостенную конструкцию, которую погру­жают под действием собственного веса до прочных слоев грунта. Грунт из внутренних полостей колодца извлекают и полости частич­но или полностью заполняют кладкой. В результате получается мас­сивный фундамент глубокого заложения. К тонкостенным колодцам

относятся железобетонные оболочки диаметром свыше 3 м, прину­дительно погружаемые в грунт.

Глубина погружения колодцев может быть значительной. Из­вестны случаи, когда колодцы погружали в грунт до 50 м.

Если опусканию колодцев препятствуют твердые труднопрохо­димые прослойки скальных пород или отдельные включения в виде валунов, погребенных стволов деревьев, заиленных частей разру­шенных конструкций и т. д., то возводят кессонный фунда­мент, состоящий из кессона и надкессонной кладки (рис. 1.5).

Кессон представляет собой перевернутый ящик, на потолке ко­торого возводят кладку тела фундамента. Для разработки грунта при погружении кессона в его рабочую камеру подают сжатый воз­дух, который отжимает воду и осушает камеру, обеспечивая воз­можность разработки. Работы под сжатым воздухом вредны для человеческого организма, поэтому при постройке мостов кессонные фундаменты разрешается применять в исключительных случаях. Наибольшая глубина опускания кессонов, считая от уровня воды, составляет около 35 м; при этой глубине избыточное давление в ра­бочей камере кессона может достигать предельного значения 4 кгс/см², при котором еще возможно разрабатывать грунт.

Классификация оснований. Основания могут быть естественны­ми и искусственно укрепленными. В естественных основаниях ис­пользуются природные свойства грунтов без какого-либо.их изме­нения, а в искусственно укрепленных свойства грунтов улучшают механическими или химическими методами. Искусственное укрепле­ние с успехом применяют в промышленном и гражданском строи­тельстве для улучшения слабых, легкосжимаемых грунтов. В мос­тостроении к таким основаниям прибегают редко.

Рис. 1.4. Опора с фундаментом из р_ис 15. Кессонный фундамент:

массивного спускного колодца:; _ рабочая камера; 2 - кессон; 3-над-

/ — опускной колодец; 2 — бетонное запол- кессонная кладка
нение