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.

С в а й н ы й Ф у н д а м е н т состоит из свай и объединяющей их поверху плиты. Подошвой его будет поверхность, где располагаются нижние концы свай. В этом уровне все на грузки, 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, может быть расположена и выше поверхности земли. 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.

О п у с к н ы е к о л о д ц ы бывают массивными или тонкостенными. Массивные колодцы 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 разру шенных конструкций и т. д., то возводят к е с с о н н ы й ф у н д а м е н т, состоящий из кессона и надкессонной кладки.

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 слvчаях. 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.

Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.

Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты.

2. Отдельные фундаменты: проектирование и расчет.

Фундамент – это подземная часть сооружений, которая воспринимает нагрузку от его надземной части и передает ее на основание.

Отдельные фундаменты. Могут выполняться в монолитном или сборном варианте. Представляют собой кирпичные, каменные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью.

Столбчатые фундаменты 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).

- Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подошве уступами, размеры которых определяются углом жесткости α (≈ 30-40º), т.е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения.

Рис 10.3. Конструкция жесткого фундамента:

а – с наклонными боковыми гранями; б – уширяющийся к подошве уступами.

- Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн – соединением арматуры колонн с выпуском из фундамента, а стальных колонн – креплением башмака колонны к анкерным болтом, забетонированным.

Рис 10.4. Сборный фундамент под колонну:

а – из нескольких элементов; б – из одного элемента; 1 – фундаментные плиты; 2 – подколонник; 3 – рандбалка; 4 – бетонные столбики; 5 – монтажные петли.

- Размеры в плане подошвы, ступеней и подколонника монолитных фундаментов принимаются кратным 300 мм, а высота ступеней - кратной 150 мм.

Ширина ступеней определяется из условия продавливания.

- При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундаментов, а при необходимости и через дополнительные опоры, укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые упираются подземные конструкции (рис 10.4.а).

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

- с целью сокращения трудоемкости работ по устройству фундаментов и уменьшению их стоимости создаются новые типы фундаментов, которые в соответствующих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами.

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.

Расчет начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров (это глубина заложения фундамента и размер его подошвы).

Далее производят расчет по двум предельным состояниям:

I – Расчет по прочности (устойчивость)

II – Расчет по деформациям, которые являются основным и обязательным для всех ФМЗ.

А расчет по I группе предельных состояний является дополнительным и производится в одном из следующих случаев:

- Сооружение расположено на откосе (склоне) или вблизи него;

- На основание передаются значительные по величине горизонтальные нагрузки;

- В основании залегают очень слабые грунты (или текучие и текучепластичные глинистые грунты и т.п.), обладающие малому сопротивлению сдвигу;

- В основании залегают наоборот, очень прочные – скальные грунты.

Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельного состояния, переходят к его конструированию (курс ЖБК).

Площадь подошвы предварительно может быть определена из условия:

P_II ≤ R, где

P_II – среднее давление под подошвой фундамента от основного сочетания расчетных нагрузок при расчете по деформациям;

R – расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле СНиП.

Реактивная эпюра отпора грунта при расчете жестких фундаментов принимается прямоугольной. Тогда из уравнения равновесия:

Сложность в том, что обе части выражения содержат искомые геометрические размеры фундамента. Но в предварительных расчетах вес грунта и фундамента в ABCD заменяют приближенно на:

, где

γ _m – среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его уступах; γ _m=20 кН/м³; d – глубина заложения фундамента, м.

- необходимая площадь подошвы фундамента.

Тогда ширина подошвы (b): б) в случае столбчатого квадратного фундамента; A=b²:

3. Ленточные фундаменты: проектирование, расчет.

Фундамент – это подземная часть сооружений, которая воспринимает нагрузку от его надземной части и передает ее на основание.

Различают следующие основные типы фундаментов мелкого заложения