Основные понятия и терминология. Общие принципы выбора оснований и фундаментов.
Фундаментом называется подземная или подводная часть здания или сооружения, служащая для передачи усилий от него на грунты основания и, по возможности, более равномерного их распределения, а также уменьшению величины давлений до требуемых значений.
Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с возведением фундаментов и устройством оснований, что проявляется в накоплении грунтами основания достаточных деформаций, т.е. как правило в период эксплуатации.
Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % и более. Поэтому необходимо уметь принимать (проектировать) абсолютно обоснованные и экономически выгодные конструктивные решения фундаментов.
Общие принципы выбора оснований и фундаментов
Выбор конструкции фундамента при проектировании следует начинать с оценки объема и качества инженерных изысканий с точки зрения достаточности имеющихся данных для разработки равнонадежных конструкций фундаментов.
При оценке оснований и проектировании фундаментов незаменимыми являются полевые методы исследования грунтов.
С помощью статического зондирования возможно определение стратиграфического напластования грунтов, выявление прослоев слабых грунтов, физических и механических характеристик свойств грунтов. При проектировании фундаментов мелкого заложения объектов геотехнической категории I и свайных фундаментов геотехнической категории II результаты зондирования могут непосредственно использоваться для определения несущей способности и деформативности оснований и фундаментов.
При выборе типа фундаментов конкретного здания или сооружения на предварительных этапах проектирования рекомендуется руководствоваться Территориальными строительными нормами проектирования фундаментов зданий и сооружений, в которых приведены данные инженерно-геологических условий районов, намечаемых под застройку значительными объемами строительства( например, для СПб ТСН 50-302-2004 ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ (для Москвы ТСН 50-304-2000. Основания, фундаменты и подземные сооружения) .
При выборе типа фундамента и определении состава проекта рекомендуется учитывать геотехническую категорию проектируемого объекта, устанавливаемую в соответствии с ТСН.
Принятый метод расчета должен обеспечить ненаступление как предельного состояния по несущей способности, так и по деформациям.
Может быть использован, в зависимости от геотехнической категории объекта, один из следующих методов:
прямой метод, в котором выполняются независимые расчеты для каждого предельного состояния;
косвенный метод, в котором выполняется расчет для одного из предельных состояний с учетом показателей, подтверждающих, что другое предельное состояние маловероятно;
эмпирический метод, в котором параметры фундаментов и несущих конструкций подземных сооружений назначаются на основе опыта проектирования и строительства в аналогичных условиях.
При проектировании следует учитывать уровень ответственности сооружения в соответствии с ГОСТ 27751 – Надежность строительных конструкций и оснований: I - повышенный, II - нормальный, III – пониженный.
Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения).
Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения).
Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения).
При
расчете несущих конструкций и оснований
следует учитывать коэффициент надежности
и ответственности
,
принимаемый равным для:
I уровня ответственности - более 0,95, но не более 1,2;
II уровня - 0,95,
III уровня - менее 0,95, но не менее 0,8
Инженерные изыскания для строительства, проектирование оснований и фундаментов и их устройство должны выполняться организациями, имеющими лицензии на эти виды работ.
Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 11-02-97 Инженерные изыскания для строительства, СП 11-102- Свод правил. Инженерно-экологические изыскания для строительства, СП 11-104 - Свод правил. Инженерно-геологические изыскания для строительства, СП 11-105 - Свод правил.Инженерно-геологические изыскания для строительства, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.
Наименование грунтов оснований в описаниях результатов изысканий и в проектной документации следует принимать по ГОСТ 25100- Грунты. Классификация.
Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис.1,а), и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис.1,б) и безростверковая опора (рис.1,в).
В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения.
а
Рис. 1а. Виды фундаментов
а - фундамент опоры моста из одного несущего элемента (1- надфундаментная часть опоры, 2-фундамент, 3-поверхность грунта (дно водотока), 4-уровень размыва, 5-несущий пласт грунта, 6-условный контур основании\, 7-подошва фундамента. 8-боковая грань фундамента, 9-уступ, 10- обрез фундамента; А-высота фундамента; d1 – расчетное заглубление фундамента в грунт
Рис. 1 б. Виды фундаментов
б - фундамент из куста несущих элементов (1- надфундаментная часть опоры, 2-фундамент, 3-ростверк, - 4-тампонажный слой бетона, 6-несущий элементы, 7- уровень размыва, 8-несущий пласт грунта, 9-подошва тампонажного слоя,10- боковая поверхность ростверка, 11- обрез фундамента
Рис. 1в. Виды фундаментов
в- безростверковая опора (1-подферменная плита (насадка). 2- стойка, 3- фундамент стойки, 4-поверхность грунта (дно водотока), 5- уровень размыва
Фундаменты мелкого заложения – это фундаменты, устроенные в заранее отрытых котлованах и траншеях и имеющие глубину заложения подошвы до 5... 6 м.
Фундаментом глубокого заложения можно считать фундамент, отвечающий сочетаниям следующих условий:
имеющий заложение подошвы иа глубине свыше 6 м; при этом относительное заглубление dn/b должно быть более 1,5 ... 2;
устроенный глубоким погружением в грунт (без отрытия котлована) опор, что позволяет при расчете его несущей способности учесть повышенное сопротивление грунта не только под подошвой, но и по всей боковой поверхности. Последнее обстоятельство очень важно при работе фундаментов на горизонтальные усилия.
Основанием называется массив грунта, находящийся непосредственно под сооружением и рядом с ним, который деформируется от усилий, передаваемых ему с помощью фундаментов. Таким образом, основание - толща грунтов, на которых возводится сооружение и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них нагрузок (рис.2).
Если строительные свойства грунтов основания мы специально не улучшаем и не изменяем, то такое основание называется естественным в отличие от искусственного, в котором строительные свойства грунтов преднамеренно нами улучшены для того, чтобы уменьшить сжимаемость грунтов, увеличить их прочность, изменить водопроницаемость и др.
Основания, созданные искусственно уложенными грунтами в результате отсыпки с уплотнением или намыва, также называются искусственными.
Рис. 2 Основание и фундамент
Таким образом, проектирование оснований и фундаментов должно включать в себя обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное); типа конструкции, материала и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а так же ряда мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.
Конструирование фундаментов (класс бетона, выбор арматуры, определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к курсу железобетонных конструкций.
Основания делятся на:
Скальные - массивная горная порода, обладающая большой прочностью и малой сжимаемостью.
Грунтовые - раздробленная горная порода (минерально-дисперстное образование) – результат физического и химического выветривания массивных горных пород. Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой прочностью, что необходимо учитывать при проектировании.
Проектирование ОиФ производится в соответствии с нормативными документами. Общие принципы проектирования заложены в своде правил по проектированию и устройству оснований зданий и сооружений СП 50-101-2004, которые разработаны в развитие обязательных положений и требований СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений, СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.
Свод правил содержит рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений, в том числе подземных и заглубленных, возводимых в различных инженерно-геологических условиях, для различных видов строительства.