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

женерно-геологической и гидрогеологической обстановки, величи­ на и характер нагрузок, а также возможность пучения грунта при замерзании (для районов, где имеется сезонное промерзание грун­ тов) и др. При наличии многолетнемерзлых пород выбор глубины заложения фундамента, как и его конструкции, производится по

специальным условиям.

Кроме этих основных факторов на выбор глубины заложения фундамента могут оказать влияние конструктивные особенности принятого типа фундамента, способ производства работ по его возведению, наличие близко расположенных соседних фундамен­ тов, подземных городских коммуникаций и др.

Назначение здания или сооружения в ряде случаев требует определенного заглубления ниже отметки планировки террито­ рии. Например, для горно-обогатительных установок в связи с особенностями технологического процесса такое заглубление сос­ тавляет иногда 10 м и более; фундамент машинного здания гид­ роэлектростанции, учитывая гидравлический режим отвода воды от турбины, тоже требует определенного заглубления. При строи­ тельстве зданий с подвалами фундаменты заглубляются ниже пола подвала не менее чем на 0,4 м.

На выбор глубины заложения фундамента основное влияние оказывают инженерно-геологические и гидрогеологические усло­ вия. Характер залегания грунтов, их физико-механические свойст­ ва, уровень грунтовых вод и характер водоносного пласта — все это в высшей степени влияет на глубину заложения, как, впрочем, на конструкцию фундамента и способ производства работ по его сооружению.

Особенное значение имеет наличие и положение в разрезе пластов, прослоев и линз слабых грунтов. В настоящем пособии нет возможности рассмотреть все многообразие природных усло­ вий, учитывая которые должно быть принято то или иное решение о глубине заложения и конструкции фундамента. Для примера рассмотрим лишь один из возможных случаев, схематично изобра­ женный на рис. 25, когда среди толщи достаточно прочных и ус­ тойчивых грунтов на некоторой глубине залегает пласт слабого и неустойчивого грунта небольшой мощности.

Втаких условиях возможны следующие варианты решения: а) можно опереть сооружение на распластанный железобетонный фундамент, заложенный в верхнем слое устойчивого грунта с та­ ким расчетом, что между подошвой фундамента и слабым грунтом

останется достаточно мощная «подушка» из устойчивого грунта; б) и в) можно прорезать верхний устойчивый грунт и весь слабый фундаментом глубокого заложения и опереть йоследний на ниж­ ний пласт прочного и устойчивого грунта; г), д) и е) можно про­ вести различные варианты улучшения свойств слабого грунта и создать искусственное основание.

Промерзание не меняет свойств и не вызывает пучения у та­ ких грунтов, как скальные, крупнообломочные, а также песчаные

5 8

крупно- и среднезернистые. Маловлажные глинистые, супесчаные и тонкозернистые песчаные грунты не подвержены морозному пучению, если уровень грунтовых вод в них залегает глубже 2 м от нижней границы промерзания. В таких условиях глубина зало­ жения фундаментов может выбираться независимо от глубины промерзания.

Рис. 25. Возможные решения заложения фундамента при наличии сла­ бых грунтов в основании (слой С)

Во всех остальных случаях в глинистых и супесчаных грунтах основания глубина заложения подошвы фундаментов должна быть не меньше расчетной глубины промерзания грунтов в данном районе.

§ 2. СПОСОБЫ ВОЗВЕДЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ

Полный цикл работ по постройке фундамента состоит из сле­ дующих этапов: а) подготовительные работы, б) устройство креп­ лений и вспомогательных приспособлений, в) разработка котлова­ на, сопровождаемая в необходимых случаях водоотливом и кре­ пежными работами, г) постройка самого фундамента, д) засыпка пазух, разборка приспособлений и отделочные работы.

Все земляные работы и особенно работы по разработке грун­ та при вскрытии котлована должны выполняться так, чтобы не ухудшалась несущая способность грунтов. Для этого нужно, чтобы строительные механизмы возможно меньше нарушали естествен­ ную структуру грунта на отметке подошвы фундамента и ниже. Поэтому в ряде случаев необходимо ограничивать применение тя­

59

желых механизмов или машин, производящих удары при разра­ ботке грунта. В скальных грунтах вредны большие заряды взрыв­ чатого вещества, которые сильно дробят породу и могут вызвать повышение трещиноватости основания и т. д.

Кроме того, всякая проходка котлована представляет собой выемку грунта, что нарушает существовавшее напряженное со­ стояние грунтового массива и во многих случаях сопровождается изменением режима грунтовых и подземных вод. В результате этого дно котлована, разгруженное от веса вынутого грунта и подвергающееся воздействию притекающих к нему вод, будет ис­ пытывать подъем за счет выпучивания дна или набухания грунтов. Оба эти явления (рис. 26) возра-

Открытый водоотлив вызывает образование восходящего тока воды, поступающей в котлован, что в свою очередь может вызвать подъем дна и разрушение грунта. Для борьбы с этим явлением следует применять грунтовое водопонижение.

В качестве общих мер по сохранению естественной структуры грунтов в основании и возможно меньшему изменению, их свойств при вскрытии котлована рекомендуется соблюдать следующие об­ щие правила ведения строительных работ:

1. Организовать поверхностный водоотвод атмосферных во путем соответствующей планировки территории, устройства нагор­ ных и отводных канав и т. п., не допуская, кроме того, скаплива­ ния воды в самом котловане.

60

2. При открытом водоотливе забирать воду из специально устроенных приямков и защитных канав (рис. 27), обеспечивая положение уровня воды на 0,2—0,5 м ниже дна котлована и не допуская застаивания воды в котловане даже во время перерывов

вработе.

3.При слоистых, ленточных и других подобных грунтах в условиях, когда открытый водоотлив не обеспечивает сохранения ненарушенное™ грунтов основания, применять грунтовое водопонижение.

4.Если земляные работы по вскрытию котлована произво­ дятся экскаваторами шагающими или на гусеничном ходу, не до­ бирать дно котлована до проектной отметки на 0,4—0,5 м, а ос­ тавшийся слой разрабатывать вручную или снарядами, не раз­ рушающими грунт (скреперами).

5.В глинистых грунтах (при всех способах производства ра­ бот) оставлять защитный слой мощностью 0,2—0,4 м (в зависи­ мости от типа грунта), который снимать непосредственно перед кладкой фундамента.

6.При разработке котлованов в скальных грунтах рыхление взрывами вести по специальному режиму, уменьшая дозировку взрывчатого материала по мере приближения к проектной отметке заложения фундамента.

7.В зимних условиях не допускать промораживания грунтов основания, проводя надлежащую их защиту. В случае если про­ изойдет замерзание, удалить весь поврежденный слой грунта.

Фундаменты в котлованах

Наиболее простым видом строительной выемки, в которой про­ изводится возведение фундамента или другого заглубленного соо­ ружения, является открытый котлован с откосами.

При выборе крутизны откоса нужно учитывать, с одной сто­ роны, необходимость производства наименьшего объема работ (для чего откос должен быть максимально крутым), с другой — обеспеченность устойчивости откосов, для чего они должны иметь определенную крутизну для разных грунтов и для разной высоты откоса.

Устойчивость откосов есть функция многих факторов, основ­ ными среди которых являются: прочностные свойства грунтов (со­ противление сдвигу), слагающих откос; наличие выхода фильтра­ ционного потока на откос и движения поверхностных вод по от­ косу; напряженное состояние пород в откосе (функция высоты и формы откоса) и др.

Для выбора заложения откоса глубоких котлованов необхо­ димо определить соответствующие свойства грунтов и произвести расчет устойчивости откосов.

Для котлованов малой глубины (до 5 м), закладываемых выше уровня грунтовых вод в толще пород простого геологиче­

61

ского строения, можно, ориентируясь на нормативные документы (ТУ на производство и приемку строительных работ), принимать следующие отношения высоты откоса к его заложению:

для песков — 1 :0,75 для супесей —■1 : 0,50 для суглинков — 1 : 0,33

для глин и сцементированных конгломератов— 1:0,25 для сланцев и скальных пород — вертикальный откос

Однако проходка котлована как по геологическим условиям, так и по местоположению среди других сооружений часто бывает такой, что открытая разработка его со свободными откосами ока­ зывается непригодной.

гружаемые на проектную глубину.

Рис. 28. Металлический шпунт

Закладные распорные крепления применяются для удержания стенок котлованов в маловлажных грунтах и могут быть как сплошными ■— в рыхлых и влажных грунтах, — так и не сплош­ ными — в слабовлажных устойчивых грунтах.

В водоносных грунтах крепление должно быть плотным, не допускающим вытекания грунта. В большинстве случаев строи­ тельной практики в таких условиях применяют забивную шпунто­ вую крепь, которая может быть металлической или деревянной. Последняя менее эффективна, так как не позволяет многократно ее использовать, что вполне допустимо для металлического шпун­ та. Шпунтовая крепь может работать как свободно стоящая стенка либо с устройством распоров. Для обеспечения устойчивости та­

62

кого крепления шпунт погружают ниже дна котлована на глуби­ ну, определяемую расчетом в зависимости от высоты стенки и ме­ ханических свойств грунтов. Металлические шпунты выпускаются разного профиля — коробчатого, плоского (рис. 28), зетобразного и др.

Погружение шпунта ведется забивкой молотом (для чего на верхушку шпунтины надевают предохранительный наголовник) или с помощью вибраторов. Метод вибропогружения, разработан-

Рис. 29. Земляные перемычки

ный в СССР в конце 40-х годов проф. Д. Д. Барканом, более прогрессивный и производительный, чем забизка, и широко при­ меняется в настоящее время в строительстве.

При возведении фундаментов в пределах акватории (опоры мостов, портовые и гидротехнические сооружения) для ведения работ в открытом котловане применяют временные ограждающие сооружения (перемычки), под защитой которых откачивают воду и осушают место строительства.

Наиболее крупные перемычки применяют при гидротехничес­ ком строительстве.

По своей форме перемычки могут быть различными. Для соо­ ружений небольших размеров, располагающихся в некотором уда­ лении от берега, перемычки возводят в виде замкнутого контура, ограждающего от воды место постройки. Если сооружение распо­ лагается около берега, то перемычки делают с трех сторон, при­ чем при большой длине сооружения (например, набережной) строительство ведут по секциям, ограждая по очереди отдельные участки перемычками.

Во всех случаях отметка верха перемычки должна быть выше отметки горизонта воды во время паводка, во избежание затоп­ ления котлована.

Наиболее просты земляные перемычки (рис. 29), которые можно возводить из любого грунта. После откачки воды из кот­ лована в теле перемычки возникает фильтрационный поток.

Другим видом перемычки является одиночная шпунтовая с присыпкой (рис. 30) или двойная с засыпкой между шпунтами. Наилучшая засыпка для такой перемычки не глинистый грунт, способный к разуплотнению и разжижению, а песок, как более устойчивый, хотя и имеющий большую водопроницаемость.

В ряде случаев, например при ограждении котлована в реке для строительства мостовой опоры, когда надо защитить перемыч­ ку от размывания текущей водой и разрушения льдом во время ледохода, строят ряжевые перемычки, которые состоят из загру-

63