Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

Принципы расчета фундаментов

Нагрузки на фундаменты предусмотрены нормативными документами (СНиП) (см. гл. 3). При расчете Фундаментов учитывают как внешние (активные) нагрузки, так и реактивное сопротивление основания («отпор» грунта). Расчет производят в зависимости от расчетной схемы, исходя из следующих условий: осадки здания или сооружения (в том числе разность между осадками отдельных его частей) не должны превосходить нормативных величии; напряжения в грунтах основания не должны быть больше расчетного давления на грунт ос кования, исходя из чего определяют размеры площади подошвы фундамента; напряжения в материале фун дамента не должны вызывать его повреждения, для чего проводят расчет прочности материалов фундамента; фундамент может под действием горизонтальных сил и моментов поте рять устойчивость положения (сдвинуться по направлению действия горизонтальных сил или опрокинуться по напоавлению действия моментов). Для предупреждения этого явления иногда, в частности для подпорных стен, проводят расчет на устойчивость против скольжения и опрокидывания (см гл. 12).

Для предупреждения чрезмерной осадки здания или сооружения его фундаменты рассчитывают по деформациям грунта основания. Кроме того, необходимо предотвращать возможную неравномерную осадку фундаментов здания или сооружения.

Неравномерность осадки здания или сооружения может быть обусловлена неоднородностью основания, неодинаковой (неодновременной) за грузкой фундаментов, динамическим воздействием на грунт основания, изменением уровня грунтовых вод в процессе эксплуатации. В частности, при повышении уровня грунтовых вод основание дополнительно увлажняется, из-за чего грунты могут частично потерять свою прочность и уплотяться, а некоторые глины, наоборот, могут увеличиться в объеме и вызвать поднятие фундамента здания или сооружения. Прорыв воды из напорных трубопроводов в грунт может привести к осадкам аварийного характера. Возможно проникновение грунтовой воды вместе с грунтсм в неисправные канализационные коллекторы, в результате чего на поверхности грунта, особенно плывунного, образуется воронка выноса, вызывающая значительные перемещения фундаментов. Поэтому на пылеватых плывунных грунтах (песках и супесях) вблизи от напорных трубопроводов и глубоких коллекторов фундаменты располагают за пределами возможной воронки выноса. Причиной неравномерной осадки фундамента может также явиться туннельная проходка канализационных коллекторов и других подземных выработок, которая приводит к некоторому оседанию поверхности земли с находящимися на ней зданиями и сооружениями.

Уменьшить неравномерную осадку здания или сооружения можно путем устройства вертикальных осадочных швов, которые делят его на отдельные части. В эти швы закладывают упругие прокладки, которые обеспечивают непродуваемость шва, даже при увеличении ширины его раскрытия за счет неравномерной осадки здания или сооружения. При устройстве осадочных швов необходимо обеспечивать гибкое крепление трубопроводов по обеим сторонам шва.

Расчет давления на грунты основания. Сжимаясь под действием местной нагрузки, грунт последовательно испытывает различные стадии деформирования (рис. 9.1, а). По оси абсцисс приведены действующие на грунт напряжения, а по оси ординат деформации грунта. На приведенной диаграмме можно выделить две характерные точки (М и N) и соответствующие им критические давления.

Вначале деформация происходит вследствие вертикального перемещения частиц грунта и соответствующего уменьшения пор, когда горизонтальные смещения частиц исчезающе малы. Деформации грунта, соответствующие данной стадии сопротивления, быстро стабилизируются (достигают своей конечной величины). Стадия сопротивления, соответствующая линейной части диаграммы на рис. 9.1, а, называется стадией уплотнения. Далее линейная зависимость между давлением и деформацией исчезает, и увеличение деформации как бы обгоняет увеличение нагрузок. Стабилизации деформаций не происходит, в грунте возникают незатухающие во времени деформации ползучести. Это объясняется тем, что деформация грунта происходит уже главным образом в результате горизонтального смещения его частиц, в грунте образуются площадки сдвигов (участок MN на диаграмме). При дальнейшем увеличении давления наступает третья стадия, носящая катастрофический характер (рост деформаций без увеличения внешнего давления) — участок ND.

Рассмотрим теперь поведение основания в процессе роста давления под подошвой фундамента (рис. 9.1, б .г). По мере увеличения давления образуется зона уплотненного грунта, на границе фундамента грунт переходит в состояние предельного равновесия. Достижение предельного равновесия в точках под углами фундамента соответствует началу стадии сдвигов (рис. 9.1, б). Плястические деформации сдвига появляются сначала под углами фундамента и постепенно захватывают все большие зоны (рис. 9.1, в, г).

Величина среднего давления на грунт, при котором деформации основания сохраняют линейный характер, называется расчетным давлением на основание R. При расчете оснований (по методу предельных состояний) среднее давление на грунт от внешних расчетных нагрузок, передаваемых через фундамент, не должно превышать значения R, которое определяется по формулам СНиП 2.02.01-83 с учетом глубины заложения подошвы фундамента. В свою очередь, глубина заложения подошвы фундамента зависит от рода грунта основания, уровня грунтовых вод, глубины промерзания грунта и в случае пучения грунта при замерзании фундамент должен быть заглублен ниже расчетной глубины промерзания, в частности это возможно на глинах, сулинках, супесях, а также на мелких и пылеватых песках, супесях, суглинках и глинах любой консистенции, если уровень грунтовых вод находится ближе, чем на 2 м по отношению к расчетной глубине промерзания. Иногда минимальная (по условиям промерзания) глубина заложения приходится на слабые грунты со сравнительно небольшой толщиной слоя; в таких случаях может оказаться экономически более целесообразным заложить фундамент глубже и на более твердых грунтах, что позволяет уменьшить площадь подошвы и общую материалоемкость фундамента.

При назначении размеров фундаментов можно для предварительных расчетов пользоваться величиной Ra условным расчетным давлением на основание (СНиП 2.02.01—83). Окончательные размеры фундаментов получают после вычисления расчетного давления на грунты основания по формулам СНиП 2.02.01—83. При этом допускается пользоваться табличными значениями и для определения окончательных размеров фундамента, в частности, для зданий и сооружений III и IV классов при основаниях, сложенных выдержанными но мощности горизонтальными слоями, и прн условии, что на глубине (в пределах двойной ширины наибольшего фундамента ниже проектной глубины его заложения), сжимаемость грунтов не увеличивается.

Для скальных сильно выветрившихся (рухляк), полускальных (неводостойких), песчаных рыхлых, глинистых в текучем состоянии, песчаных и глинистых с большим содержанием органических остатков, насыпных и некоторых других грунтов (пород) расчетные давления определяют не по таблицам, а путем проведения специальных исследований непосредственно на месте их залегания.

Расчет прочности материала фундамента. Наиболее просто этот расчет осуществляется для сборных ленточных фундаментов, устраиваемых под сплошными несущими стенами. Такие фундаменты выполняются в основном сборными, в виде параллельных или пересекающихся лент (рис. 9.2), состоящих из железобетонных блок-подушек 1 и бетонных фундаментных блоков 2. Фундаментную блок-подушку рассчитывают как консоль, нагруженную реактивным давлением грунта (без учета массы подушки и грунта на ней). Определяя толщину подушки по расчету на поперечную силу (без установки поперечной арматуры), где с — вылет консоли, подбирают сечение рабочей арматуры по изгибающему моменту:

Рабочая арматура в виде сетки располагается у подошвы подушки, т. е. так же, как и у отдельно стоящих фундаментов (см. § 9.2).

Расчет прочности материала фундаментов других видов рассмотрен ниже.

Зайцев Ю. В., Строительные конструкции заводского изготовления: Учеб. для вузов по спец. «Пр-во строит. изделий и конструкций». — М., 1987

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики