Что называется основанием здания

Основные понятия, классификация оснований и фундаментов

Подземные части здания (или, как их еще называют, конструкции нулевого цикла) располагаются ниже нулевой отметки, за которую принимают перекрытие первого этажа. К этим конструкциям относятся фундаменты и стены подвальных или цокольных этажей, которые должны отвечать требованиям по обеспечению прочности, устойчивости и долговечности (морозостойкости, сопротивлению воздействия грунтовых и агрессивных вод и др.)

Все здания и сооруженияопираются на поверхностные слои земли (глины, пески, скальные породы и т.р.), именуемые в строительстве грунтами.

Основаниемназывают часть массива грунтов, непосредственно воспринимающую нагрузку и вследствие этого подверженную деформациям под ее воздействием. Основание из грунтов природного сложения называют естественным. Основание из предварительно уплотненных или укрепленных тем или иным способом грунтов называют искусственным. Естественным основанием называется грунт, залегающий под подошвой фундамента и имеющий в своем природном состоянии достаточную несущую способность для обеспечения устойчивости зданий и допустимых по величине и равномерности осадок (скальные, крупнообломочные грунты, крупные и средние гравелистые пески). Искусственное основание – это искусственно уплотненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью на глубину заложения фундамента.

Если основание состоит из одного слоя грунта, его называют однородным, если из нескольких слоев – неоднородным. Слой (пласт) грунта, на который опирается фундамент, называют несущимслоем, а нижележащие слои – подстилающими.

Фундаментом называют часть здания или сооружения, преимущественно находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание.

Различают массивныефундаменты, состоящие из одного несущего элемента и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов – свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком.

Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента поверхность его соприкосновения с надфундаментной частью здания или сооружения; подошвой фундамента нижнюю поверхность его соприкосновения с грунтом основания; высотой фундамента расстояние от его подошвы или нижнего конца (низа) несущих элементов до обреза; глубиной заложения фундамента расстояние от поверхности грунта или уровня воды в водоеме до подошвы фундамента или низа несущих элементов. См. рис.2.

Рис. 2 Основные характеристики фундаментов на примере фундамента мелкого заложения

Следует отметить особо, что у свайных фундаментов не выделяется низ фундамента. И характеристика «высота фундамента» заменяется характеристикой «длина сваи». План фундамента – это разрез здания горизонтальной секущей плоскостью в уровне обреза фундамента.

План свайного фундамента приведен на рис.3.

По виду заложения фундаменты подразделяются на два типа: мелкого и глубокого заложения. Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения иногда не правильно называемых «фундаментами на естественном основании», является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфундаментной части здания или сооружения только через их подошву. Их боковая поверхность в работе не участвует из-за невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между боковыми поверхностями фундаментов и котлованов грунтом с плотностью, равной или выше природной.

Фундаменты мелкого и глубокого заложения подразделяют по конструктивным особенностям. Фундаменты мелкого заложения можно разделить на:

· сплошные в виде плиты,

Рис. 3а Схема расположения свайного поля

Рис 3б Схема расположения свайных ростверков (фрагмент в осях 1-18)

На рис.4,5,6 приведены фундаменты мелкого заложения.

Рис. 4 Фундаменты сборные ж/б столбчатый пенькового типа и ленточный

Рис. 5 Фундамент сборный ж/б мелкого заложения стаканного типа

Рис.6 Фундамент ж/б монолитный мелкого заложения

В отличие от фундаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые фундаментами глубокого заложения (выполняемых в виде свай, оболочек, столбов либо опускных колодцев),передаются на грунт не только через их подошву (сваи-стойки). Нагрузка может передаваться и через боковую поверхность сваи (висячие сваи) и вследствие появления сил трения, фундаменты сопротивляются вдавливанию (вертикальному смещению) в грунт, и силам бокового отпора грунта, т.е. сопротивляются смещению (сдвигу или повороту).

Благодаря тому, что в работе фундаментов глубокого заложения всегда в той или иной степени кроме подошвы участвует и боковая поверхность, повышается степень использования прочностных свойств материалов, а, следовательно, сокращается их расход.

Фундаменты глубокого заложения подразделяют по виду несущих элементов из:

Ниже на рис.7 приведен вид в плане и разрезе фундамента глубокого заложения.

В свою очередь фундаменты перечисленных видов могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными. Сборные конструкции это те конструкции, которые с завода привозят готовыми для монтажа (например, фундаментный блок). Монолитные конструкции это те конструкции, которые выполняют непосредственно на стройке, т.е. на место привозят доски на опалубку (или инвентарную опалубку), смазочные материалы, арматуру, бетон и пр.

Следует отметить, что при устройстве столбчатых и свайных фундаментов без дополнительных мер невозможно устроить подземный объем (цокольный этаж, подвал и техподполье).

Помимо перечисленных основных видов фундаментов в практике строительства мостов и трубопроводов известны другие разновидности фундаментов. Они представляют собой видоизмененные основные конструкции, например безростверковые фундаменты опор мостов, так называемые безростверковые опоры.

Материалом для фундаментов могут служить дерево, бутовый камень, бутобетон, бетон, железобетон, грунтовые материалы.

Фундамент должен выполняться из материалов с минимальным водопоглощением (например, полнотелого глиняного кирпича). Иначе грунтовая влага через сеть капилляров материала за счет осмотических сил будет подниматься вверх. И, соответственно, чем выше и чем дольше поднимется влага, тем дольше она будет оставаться в конструкции, следовательно, тем выше будет степень намокания фундамента (а, возможно, и стен) и тем сложнее потом будет конструкции осушить. Поэтому для предотвращения намокания стен очень важно грамотно выполнить горизонтальную гидроизоляцию в надфундаментной части здания.

Источник

Основания и фундаменты в вопросах и ответах. Часть 2

Часть II

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Главы Ф.1-Ф.21

Ф.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ*

Ф.1.1. Что называется основанием зданий и сооружений?

Основанием зданий и сооружений называется массив грунта, находящийся ниже подошвы их фундаментов и воспринимающий нагрузку от фундаментов и надземных конструкций.

Ф.1.2. На какие виды можно подразделить основания?

Основания можно подразделить на нескальные и скальные. Нескальные основания представляют собой массивы, сложенные крупнообломочными, песчаными и пылевато-глинистыми грунтами. Крупнообломочные и песчаные грунты, не имеющие структурных связей, называются сыпучими грунтами.

Скальные основания сложены магматическими, метаморфическими и осадочными грунтами, прочность которых на одноосное сжатие изменяется от 5 до 50 МПа.

Ф.1.3. Можно ли с помощью классификационных показателей оценить прочность и сжимаемость нескальных грунтов основания?

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу и по степени влажности.

Вторым классификационным показателем для песчаных грунтов является коэффициент пористости, который характеризует плотность сложения. По плотности сложения различают пески плотные, средней плотности и рыхлые. По величине коэффициента пористости во многом можно судить и о прочности песчаного основания. При 0,5 £ e £ 0,6 песок является хорошим основанием, а при e > 0,7 основание в естественном состоянии обладает значительной сжимаемостью.

Третьим классификационным показателем крупнообломочных и песчаных грунтов является степень влажности S_r. По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяются на маловлажные (0 £ 0,5), влажные (0,5 £ 0,8) и насыщенные водой (0,8 £ 1).

Поэтому, если в основании залегают песчаные грунты, то их полное наименование определяется тремя классификационными показателями. Например, по результатам гранулометрического анализа песок отнесен к категории песка мелкого. Если теперь известно, что e = 0,6 и S_r =0,7, то полным наименованием является: песок мелкий, плотный, влажный.

Нескальные основания, сложенные пылевато-глинистыми грунтами (супеси, суглинки и глины), обладают большими специфическими особенностями по сравнению с песчаными. Наличие органических веществ, солей, карбонатов, минералов монтмориллонита и каолинита в глинистых грунтах вызывает при замачивании явления просадки или набухания.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I_p, и показателю текучести I_L. По числу пластичности различают следующие пылевато-глинистые грунты: супеси (1 £ I_p £ 7), суглинки (7 £ 17) и глины (17 £ 0, то данный слой грунта обладает низкой сжимаемостью. Значение I_L ³ 0,75 говорит о повышенной сжимаемости основания.

Наихудшим видом основания являются илы и заторфованные грунты. Лессовые грунты в маловлажном состоянии могут служить хорошим основанием. Однако при замачивании водой они дают просадку.

Ф.1.4. Чем отличаются естественные и искусственные основания?

Основание, сложенное грунтами в естественном неизмененном природном состоянии, называется естественным основанием. Если естественное основание подвергалось каким-либо воздействиям с целью улучшения прочностных и деформационных свойств, то оно называется искусственным основанием.

Плотные песчаные грунты и пески средней плотности, глинистые твердые, полутвердые, тугопластичные грунты являются хорошим основанием и используются в качестве оснований обычно в естественном состоянии. Рыхлые пески, лессовые и набухающие грунты, илы и заторфованные грунты при определенных условиях проявляют специфические свойства, которые ухудшают их естественные (природные) прочностные и деформационные показатели. Поэтому подобные грунты искусственно улучшаются рядом способов: поверхностным и глубинным уплотнением, химическим закреплением, обжигом и т.д.

Ф.1.5. Для чего устраиваются фундаменты?

Фундаменты устраиваются для передачи нагрузок от конструкций зданий или сооружений, а также оборудования на грунты основания. Фундаменты служат для более равномерного распределения нагрузок по поверхности основания и передачи таких давлений подошвой фундамента на грунты, которые не вызовут их разрушения или недопустимых деформаций.

Ф.1.6. Какие требования предъявляют к проектированию оснований и фундаментов?

При проектировании обязательно соблюдаются требования нормативных документов (СНиП) 7. В нормах имеются положения обязательные и рекомендуемые. При проектировании следует обеспечить прочность зданий или сооружений, а также обеспечить удовлетворение технологических требований к ним, возможность их нормальной эксплуатации. Экономические требования сводятся к минимальной стоимости конструкций, устройства оснований, а также последующих ремонтных работ, и к сокращению сроков строительства.

Ф.1.7. Какая рекомендуется последовательность проектирования оснований и фундаментов?

Рекомендуется такая последовательность:

1. Оценить результаты инженерно-геологических изысканий, их достаточность для проектируемого объекта, их качество.

2. Провести анализ проектируемого здания или сооружения с точки зрения его чувствительности к деформациям, особенно неравномерным, и его общей устойчивости.

4. Произвести определение действующих нагрузок от конструкций и оборудования на основание: вертикальных, в том числе снеговых и горизонтальных (ветровых, а также возникающих вследствие перепада уровня при осуществлении заглубленных подвальных этажей, уклона рельефа и т.д.) и особых (например, в сейсмоопасных районах или возможного нарушения технологического процесса).

6. Произвести необходимые расчеты в соответствии с требованиями действующих норм (СНиП и др.).

7. Оценить стоимость разрабатываемых вариантов фундаментов и произвести их технико-экономическое сопоставление.

Ф.1.8. Какие обстоятельства следует особо учитывать при выборе основания для здания или сооружения?

Ф.1.9. Какие можно предложить конкретные типы фундаментов и оснований?

Обычно сначала для зданий и сооружений рассматривается возможность применения фундаментов мелкого заложения, то есть фундаментов, устраиваемых в открытых котлованах. Затем рассматриваются свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения. Если не удается воспользоваться грунтами в основаниях в их естественном состоянии, то есть без улучшения строительных свойств, то прибегают к устройству искусственных оснований благодаря уплотнению грунтов, водопонижению, закреплению и др.

Ф.1.10. Какой процент от стоимости строительства обычно составляет стоимость фундаментов?

Стоимость фундаментов в среднем составляет 10-12 % от стоимости строительства, однако при сложных инженерно-геологических условиях она может быть существенно большей, достигая даже 30 % и более. Поэтому необходимо производить рациональное проектирование оснований и фундаментов с рассмотрением возможных вариантов и их последующим технико-экономическим сопоставлением. Следует принимать во внимание не только конструкцию фундаментов, но и технологию производства работ по их возведению.

Ф.1.11. Что служит основным стоимостным критерием при сопоставлении вариантов?

Основным стоимостным критерием при выборе проектного решения является показатель приведенных затрат. В него входят себестоимость устройства фундаментов, накладные расходы и дополнительные затраты, если работы ведутся в зимнее время, а также капитальные вложения в производственные фонды строительной индустрии. Натуральными показателями являются суммарные затраты труда и показатель расхода материалов.

Ф.2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

Ф.2.1. Кто проводит инженерно-геологические изыскания?

Обычно инженерно-геологические изыскания проводят специализированные организации, имеющие лицензии на проведение данного вида работ. В России основной объем изысканий выполняют тресты инженерно-строительных изысканий (ТИСИЗ).

Ф.2.2. Какие изыскания проводятся на строительной площадке до проектирования и строительства будущего здания или сооружения?

На каждой строительной площадке выполняются инженерно-геологические изыскания, которые включают комплекс работ, выполняемых для определения исходных данных, необходимых для проектирования оснований зданий и сооружений.

Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и стандартами.

Ф.2.3. Что включает полный комплекс изыскательских работ?

Он обычно включает:

— проходку скважин и отбор образцов грунта с каждого выделенного инженерно-геологического элемента;

— проведение лабораторных испытаний образцов грунта с целью определения физико-механических характеристик;

— определение положения и состава грунтовых вод;

— проведение штамповых испытаний грунтов непосредственно на строительной площадке;

— статическое и динамическое зондирование грунтов;

— пробные испытания грунта с забивкой свай.

Ф.2.4. От чего зависит объем инженерно-геологических изысканий?

Объем инженерно-геологических работ определяется степенью изученности района и сложности инженерно-геологических условий строительной площадки.

В зависимости от категории сложности и вида сооружений в пределах пятна застройки должно быть разработано от 2 до 5 горных выработок (скважины, шурфы, дудки).

Ф.2.5. Как определить глубину исследования грунтов при инженерно-геологических изысканиях на стадии технического проекта?

Ф.2.6. Какое количество инженерно-геологических выработок обычно рекомендуется и какое расстояние между ними назначается?

Детальность инженерно-геологической разведки зависит также от класса возводящихся зданий и сооружений. В каждой из скважин производится отбор образцов для определения физико-механических характеристик грунтов.

Ф.2.7. Какие основные характеристики определяются при инженерно-геологических изысканиях?

Физические, прочностные и деформационные характеристики определяются во всех случаях. Фильтрационные свойства грунта, характеризуемые коэффициентом фильтрации, определяются в том случае, если основание сложено водонасыщенными глинистыми грунтами с незавершенной консолидацией. Этот показатель используется при расчете осадки фундаментов во времени, для оценки скорости уплотнения грунтовой толщи, а также при расчетах дренажных и водопонизительных систем.

В том случае, если на фундамент действуют динамические нагрузки, приходится определять дополнительный показатель, называемый коэффициентом упругого равномерного сжатия C_z (кН/м 3 ).

При определении деформаций ползучести грунта основания, сложенного тугопластичными, полутвердыми и твердыми глинистыми грунтами, используются показатель длительной прочности грунта (кПа), а также коэффициенты затухания ползучести и вторичной консолидации.

Для более сложных расчетов с использованием нелинейных определяющих уравнений определяются модуль сдвига G (кПа), модуль объемной деформации K (кПа), а также ряд других параметров.

Ф.2.8. Какие дополнительные характеристики определяются для структурно неустойчивых грунтов?

При проектировании фундаментов на просадочных, набухающих и заторфованных грунтах при изысканиях должны определяться дополнительные характеристики:

— для просадочных грунтов относительная просадочность e _sl и начальное просадочное давление psl (кПа);

— для набухающих грунтов относительное набухание e _sw, относительная усадка e _sh, давление набухания p_sl (кПа);

— для заторфованных грунтов и торфа коэффициент консолидации c_v (cм 2 /г); для них также устанавливается изменение прочностных характеристик с учетом фактора времени.

Ф.2.9. Какие методы используются для определения физико-механических свойств грунтов?

Определение физико-механических свойств грунтов производится лабораторными и полевыми методами.

Физические характеристики грунтов определяются лабораторными методами. В некоторых случаях используются полевые методы исследований при помощи зондирования и радиоактивного каротажа.

Прочностные характеристики грунтов определяются лабораторными или полевыми методами. Для этой цели в лабораторных условиях используются сдвиговые приборы и стабилометр. В полевых условиях сопротивление сдвигу слабых грунтов определяется методом вращательного среза в скважинах (см.рис.М.11.20). Для оценки угла внутреннего трения песчаных грунтов используют статическое и динамическое зондирование (рис.Ф.2.9,а).

Прочностные свойства крупнообломочных грунтов, образцы которых практически невозможно отобрать с ненарушенной структурой, определяются путем среза грунта.

Деформационные свойства грунтов определяются в лабораторных условиях с использованием компрессионных приборов и стабилометров (см.ч.I), а в полевых условиях при помощи прессиометра (рис.Ф.2.9,б) и штамповых испытаний.

Ф.2.10. Что представляет собой инженерно-геологический разрез?

Инженерно-геологический разрез представляет собой чертеж, на котором изображены горные выработки (скважины, шурфы), выделены слои грунта, показана их мощность, нанесен ряд показателей их свойств, показан уровень грунтовых вод (рис.Ф.2.10).

Ф.2.11. Как определяются прочностные характеристики грунтов в полевых условиях?

Ф.2.12. В чем отличие пенетрационных испытаний грунтов от метода статического зондирования?

Различие в пенетрации и зондировании состоит в следующем. Погружение наконечника на глубину, меньшую высоты наконечника, называется пенетрацией. Метод испытания грунтов при погружении наконечника на глубину, превышающую высоту наконечника, называется зондированием.

Ф.2.13. Для чего проводятся статическое и динамическое зондирования?

Применение методов пенетрационных испытаний, статического и динамического зондирования позволяет определить:

— характер залегания грунтов различного литологического состава, положения границ между слоями, включая оценку степени однородности грунтов и степени плотности песчаных грунтов;

— физические и механические характеристики грунтов (показатель текучести, коэффициент пористости, модуль деформации, угол внутреннего трения и удельное сцепление);

— сопротивление грунтов под острием R и на боковой поверхности f свай.

Статическое зондирование грунтов (рис.Ф.2.13) заключается во вдавливании в грунт зонда с одновременным измерением значений сопротивлений грунта под наконечником F_s и на боковой поверхности зонда q_s.

Динамическое зондирование состоит в забивке в грунт стандартного конического зонда и измерении глубины его погружения от определенного числа ударов молота или, обратно, при задании установленной глубины забивки с измерением требуемого для этого числа ударов. По результатам динамического зондирования строятся графики изменения по глубине условного динамического сопротивления.

Фактически статическое и динамическое зондирования позволяют определять одни и те же показатели свойств грунтов.

Ф.2.14. Как проводятся испытания методом лопастного сдвига?

Для этого используется крыльчатка, которая вдавливается, после чего к ней прикладывается вращательное усилие. В результате испытаний определяется сопротивление срезу, которое принимается равным силам удельного сцепления. Метод применим только при слабых пылевато-глинистых грунтах, илах, торфах и заторфованных грунтах, так как можно считать, что у них угол внутреннего трения практически равен нулю.

Ф.2.15. Как проводятся испытания грунта в полевых условиях методом сдвига?

Для этого отрывается шурф и вырезается призма ненарушенного грунта, к которой через штамп прикладываются постоянная нормальная и переменная сдвигающая нагрузки. Значения угла внутреннего трения и удельного сцепления определяют из условий предельного равновесия выпираемого или обрушаемого массива грунта.

В другом методе целиковый массив грунта заключается в кольцевую обойму и к нему прикладываются нормальная и сдвигающая нагрузки, по которым из условия прочности Кулона определяют параметры прочности грунта.

Ф.2.16. Какие значения механических и физических характеристик применяются при расчете оснований?

При проектировании оснований зданий и сооружений используются расчетные значения характеристик грунтов, которые определяются на основе непосредственных испытаний в лабораторных или полевых условиях с последующей статистической обработкой результатов испытаний.

Ф.2.17. Как определяются нормативные значения характеристик грунтов?

Нормативные значения характеристик грунтов определяют как среднеарифметическую величину частных результатов определений для каждого выделенного на площадке строительства инженерно-геологического элемента.

Количество определений характеристик грунтов устанавливается в зависимости от степени неоднородности грунтов основания, класса здания или сооружения, требуемой точности вычислений.

Количество одноименных частных определений для каждого выделенного на площадке инженерно-геологического элемента должно быть не менее шести. При определении модуля деформации по результатам испытаний грунтов в полевых условиях штампом допускается ограничиться результатами трех испытаний (или двух, если они отклоняются от среднего не более чем на 25 %).

Источник