Файл: Максимов С.Н. Инженерные сооружения (с основами строительного дела) учеб. пособие.pdf

нормативным положениям за глубину активной зоны принимают такую, на которой дополнительное давление от сооружения сос­ тавляет 0,2 от природной нагрузки (глубина 3 на той же схеме рис. 20).

В зависимости от размеров сооружения в плане, формы и раз­ меров фундамента, интенсивности давления, создаваемого соору­ жением, меняется глубина ак­ тивной зоны, т. е. мощность мас­ сива грунта, слагающего основа­

ние.

Под действием давления, соз­ даваемого сооружением, массив грунтов, являющийся основанием, будет сжиматься и будет проис­ ходить о с а д к а фундамента и связанного с ним сооружения. При однородном строении грун­ тового массива и одинаковом давлении от различных частей сооружения вертикальное переме­ щение фундаментов (их осадка) будет равномерным. При неодно­ родном строении и разном дав­ лении под различными частями сооружения осадка фундамента будет неравномерной.

При нагрузке от сооружения, превышающей несущую способ­ ность грунтов основания, дефор­

мации могут выити за пределы допустимых, кроме того, может произойти нарушение устойчивости массива грунтов, что также недопустимо для сооружения.

На фундаменты передаются различные нагрузки от соору­ жения и окружающего грунта, причем некоторые из них прило­ жены по обрезу фундамента, а некоторые по боковым граням. По­ дошва фундамента испытывает реакцию основания, а в некото­ рых случаях — статическое или динамическое противодавление воды.

Основные случаи действия на фундамент нагрузок можно све­ сти к следующим четырем схемам (рис. 21):

А. К фундаменту приложена сосредоточенная сила (Р), на­ пример от колонны с шарнирной пятой.

Б. На фундамент передается сосредоточенная сила (Р ) с оп­ ределенным моментом (Мо) и эксцентриситетом, например колон­ на с плоской пятой.

52

Рис. 21. Схемы приложения нагрузок на фундаменты

Каждая из этих нагрузок, а также действующие моменты мо­

неподвижного оборудования, давление земляных масс и т. д. Это

и т. п.). По времени действия эти нагрузки могут быть длительны­ ми, кратковременными или мгновенными, а по характеру дейст­ вующих сил статическими или динамическими (ударными или вибрационными).

На фундамент оказывает давление среда, в которой он нахо­ дится, — это давление грунта на уступы и боковые грани фунда­ мента (вертикальное и боковое давления) и давление воды. При заглублении фундамента ниже уровня грунтовых вод вода будет оказывать взвешивающее давление на подошву фундамента, ко­ торое называется п р о т и в о д а в л е н и е м . В ряде случаев глубо­ кого заложения фундаментов и для напорных гидротехнических сооружений (особенно для высоких плотин) значимость противо­ давления в общем балансе сил, действующих на фундамент, мо­ жет быть очень велика.

По характеру действия противодавление может быть гидро­ статическим (равномерное давление взвешивания) и гидродина­ мическим (неравномерное давление из-за разности напоров воды по сторонам от сооружения и возникновения фильтрационного по­ тока под ним).

В соответствии со строительными нормами и правилами (СНиП, ч. II, раздел Б, гл. 1, 1962), обязательными для всех ви­ дов строительства, в настоящее время все поверочные расчеты и

53

вообще все проектирование как фундаментов, так и всего соору­ жения в целом ведется по предельным состояниям. Под предель­ ным подразумевается такое напряженное состояние конструкции и основания сооружения, когда при малейшем увеличении нагруз­ ки происходит нарушение прочности и устойчивости и сооружение перестает удовлетворять предъявляемым к нему требованиям —■ наступают потеря устойчивости и разрушение, возникают недопу­ стимые деформации и т. п.

Проектирование оснований по предельным состояниям произ­ водится исходя из двух условий: предельного состояния по дефор­

обязательным при проектировании оснований всех видов сооруже­

ний.

Расчет по предельной устойчивости является обязательным только для сооружений, воспринимающих горизонтальные нагруз­ ки (плотины, подпорные стенки и т. п.), а также когда основание ограничено откосами.

При расчетах оснований по предельным состояниям применя­ ются дифференцированные коэффициенты запаса величиной обыч­ но от 1,1 до 1,4 в зависимости от коэффициента перегрузки, стадии проектирования, капитальности сооружения и т. п.

В связи с тем что при проектировании фундаментов основным является расчет по допустимой деформации, следует иметь в виду, что все сооружения и связанные с ними фундаменты могут быть разделены по их чувствительности к осадкам на две группы: чувствительные и нечувствительные к неравномерным осадкам.

Наименее чувствительны к неравномерным осадкам очень жесткие, массивные сооружения, которые деформируются как еди­ ное целое. Примером таких сооружений являются фундаменты массивных опор, доменных печей и т. п. Такие сооружения назы­

лениям и представляющие собой жесткие рамные конструкции, покоящиеся на перекрестных фундаментах.

К категории о т н о с и т е л ь н о ж е с т к и х (полугибких) от­ носятся сооружения, состоящие из элементов, связанных преиму­ щественно в одном направлении, —■рама или ферма, лежащая на отдельных фундаментах, связанных перекрытием.

Н е ж е с т к и е (гибкие) сооружения —• это такие, в которых отдельные элементы связаны слабо или шарнирно и поэтому допу­ скают довольно большие взаимные смещения (балки, свободно ле­ жащие на отдельно стоящих колоннах, трехшарнирные арки и др.).

Выбор типа фундамента по его жесткости производится на

основании анализа ожидаемых деформаций, сравнения их с до­ пустимыми.

54

Типы и конструкции фундаментов

Проектирование фундаментов представляет собой часть об­ щего процесса проектирования сооружения, но решается в значи­ тельной степени с учетом ижненерно-геологических особенностей опирания сооружения на массив грунтов, слагающих основание.

3) условия устойчивости (величина несущей способности основа­ ния в связи с допускаемой деформацией); 4) способ постройки.

Выбор материала является весьма ответственной задачей. Для капитальных (долговременных) сооружений в качестве ма­ териала для фундаментов применяют каменную кладку, бетон и железобетон, т. е. материалы, длительное время сохраняющие в грунте свою прочность. Для фундаментов временных сооружений допускается применение менее долговечных материалов, в том числе дерева.

Каменная кладка производится из постелистого или рваного

и долговечности не уступает каменной кладке. Однако в эконо­ мическом отношении он иногда проигрывает бутовой кладке.

Вусловиях современного индустриального строительства ши­ роко используются сборные железобетонные фундаменты, отдель­ ные элементы для которых выпускаются заводами железобетон­ ных изделий. Существует несколько стандартных типо-размеров таких элементов.

Взависимости от условий работы конструкции применяют жесткие и гибкие фундаменты. Первые из них не должны испыты­ вать изгибающих усилий и работают на сжатие, вторые же (гиб­ кие) работают преимущественно на изгиб. Фундаменты некото­ рых сооружений представляют собой сложные конструкции, кото­

рые можно рассматривать как системы, состоящие из отдель­ ных элементов более простого типа.

Среди фундаментов различают следующие простые виды кон­ струкций:

1.Одиночный фундамент или массив.

2.Фундамент-стенка (непрерывный фундамент), загруженный

непрерывной нагрузкой.

3.Ленточный фундамент, загруженный группой сосредоточен­ ных нагрузок.

4.Сплошной фундамент-плита.

Всложных фундаментах современных зданий и сооружений не трудно узнать комбинации из этих простейших типов фунда­

ментов.

55

дамент для кирпичной или каменной стены (рис. 23). При равно­ мерной погонной нагрузке ширина такого фундамента по всей дли-

не будет одинаковой. Если же на части длины эта нагрузка ме­ няется, то соответственно должна измениться и ширина фундамен­ та, с тем чтобы удельное давление на основание оставалось оди­ наковым по всей длине фундамента.

В условиях сборного домостроения фундамент-стенка будет иметь конструкцию, изображенную на рис. 24, где нижняя часть фундамента собирается из железобетонных плит, на которые опи­ раются блоки, создающие стену здания.

Л е н т о ч н ы е фундаменты применяются при слабых грун­ тах основания, когда отдельные фундаменты следует опереть на жесткую ленту, что позволит более равномерно перераспределить напряжение в основании. При этом в фундаменте неизбежно воз­ никают продольные изгибающие моменты. Поэтому железобетон, хорошо работающий на изгиб, является лучшим материалом для этого типа фундаментов.

В некоторых случаях, например для создания лучшей сейс­ мостойкости сооружения, оказывается целесообразным объеди­ нить отдельные фундаменты продольными и поперечными лен­

56

тами и получить таким образом фундамент повышенной жест­ кости.

Если тяжелое сооружение нужно опереть на слабые грунты, применяют сплошные фундаменты. Конструкции их в зависимости от конкретных инженерно-геологических условий, а также назна­ чения надземной части сооружения могут быть различными: мас­

сив большой толщины из каменной кладки или бетона, жесткая, плоская, ребристая или безбалочная железобетонная плита и т. п.

В зависимости от особенностей инженерно-геологической обстановки, условий устойчивости основания и фундамента, а так­ же назначения сооружения фундаменты могут иметь различную глубину заложения. По этому признаку различают фундаменты мелкого и глубокого заложения.

Фундаменты мелкого заложения, заглубленные обычно не свыше 5 м от дневной поверхности, возводят преимущественно в открытых котлованах без принятия специальных мер по поддер­ жанию устойчивости откосов котлована, откачки вод и т. п. Про­ ходка таких котлованов не сложна и производится простейшими методами.

Фундаменты глубокого заложения часто требуют специаль­ ных и сложных методов ведения строительных работ, принятия мер по защите котлована от притока вод, поддержания устойчи­ вости его стенок и т. п. Ниже эти случаи будут рассмотрены от­ дельно.

Часто в практике строительства поверхностные грунты оказы­ ваются слабыми, а условия для сооружения фундаментов глубо­ кого заложения — сложными. В таких случаях бывает целесооб­ разным создание свайных фундаментов, передающих нагрузку от сооружения на более глубоко залегающие грунты.

Выбор надлежащей глубины заложения фундамента — одна из основных задач проектирования, при решении которой должны учитываться назначение здания или сооружения, особенности ин­

57