Категория: Фундамент

Основания естественные и искусственные

Основанием для зданий и сооружений является грунт. Грунт, способный с малой и равномерной деформацией принять всю нагрузку от здания или сооружения, называется естественным основанием.

Грунты, служащие основанием для зданий, разделяют по породам на глинистые (глина, суглинок, супесок, лёсс, ил), песчаные (гравелистый песок, крупный песок, песок средней крупности, мелкий песок, пылеватый песок), крупнообломочные (щебенистый, дресвяный, галечниковый, гравийный), скальные и полускальные (сплошной массив изверженных, метаморфических пли осадочных горных пород). К грунтам относится также растительный грунт, т. е. содержащий 20% и более чернозема (перегноя) и имеющий различный породообразующий состав.

Глинистые и песчаные грунты называются маловлажными, если вода заполняет не более 50% объема пор в грунте, очень влажными при заполнении водой” 50—80% объема пор и насыщенными при заполнении водой более 80% объема пор.

По степени трудности разработки грунты делятся на одиннадцать категорий.

Пригодность грунтов для естественных оснований определяется их несущей способностью, т. е. величиной нагрузки в килограммах на квадратный сантиметр поверхности основания, которую может принять грунт, не разрушаясь и с малой равномерной деформацией. Допустимая величина нагрузки в кг/см2 называется расчетным сопротивлением грунта, которое зависит от степени плотности, влажности и глубины залегания грунта. Величины расчетных сопротивлений для различных грунтов в соответствии со

Чтобы принять правильное решение по выбору основания и конструкций фундаментов проектируемого объекта, надо иметь сведения о несущей способности, мощности (толщине слоя), виде и последовательности слоев грунта. Для получения этих сведений производят изыскания грунтов зондированием, шурфованием или бурением в пределах участка, отведенного под строительство.

Зондированием называется отбор проб грунта с глубины до 4 м при помощи специального зонда, который вдавливают с поворачиванием в грунт, при этом пробы грунта попадают в особые прорези (карманы) зонда. Шурфование заключается в отрывании шурфов (ям размерами в плане от 1 X 1 до 1,5 X 1,5 м) на 2—3 м глубже предполагаемого заложения фундаментов.

Бурением называется ввинчивание в грунт стальных труб диаметром ЮО—150 мм и более с одновременной выборкой проб грунта из внутренней полости труб.

Шурфование применяют при наличии на стройплощадке маловлажных грунтов; при очень влажных или насыщенных водой грунтах целесообразнее проводить бурение. В отдельных случаях несущую способность грунта определяют методом пробной нагрузки на грунт.

В процессе шурфования или бурения по каждому шурфу или скважине ведется запись (журнал) последовательно вынутых проб грунта, отмечается степень влажности и горизонт грунтовых вод. По данным журнала изысканий грунта вычерчивают разрезы по шурфам и буровым скважинам и дают описания геологического строения стройплощадки (рис. 1).

Если грунт нельзя использовать в качестве естественного основания, т. е. в том случае, когда грунт под подошвой фундамента не может нести нагрузку от сооружения, устраивают искусственное основание для передачи через него нагрузки более глубоким слоям грунта.

В строительной практике применяются грунтовые искусственные основания (уплотнение грунта, замена слабого грунта песчаными или гравийными подушками, глубинные песчаные или грунтовые сваи и др.) и искусственные основания в виде специальных сооружений (сваи с ростверком, опускные колодцы и др.).

Рассмотрим некоторые виды искусственных оснований.

Уплотнение грунта заключается в искусственном предварительном обжатии или уплотнении, которое производится катками, виброплитами, дизельными или пневматическими” трамбовками, или трамбовками в виде тяжелых плит или конусов весом до 1 т, сбрасываемых с высоты 3—4 м при помощи кранов с фрикционными лебедками. Уплотнение песчаных грунтов можно производить при помощи вибротумбы.

Замена слабого грунта состоит в том, что залегающий ниже подошвы фундамента слабый грунт выбирают и заменяют более плотным грунтом с тщательным трамбованием его. Для замены в большинстве случаев используют крупные пески или гравий, обладающие способностью при уплотнении образовывать плотную грунтовую подушку. Иногда песчаные подушки устраивают с целью уменьшить объем фундаментной кладки или под фундаментами на пучинистых грунтах.

Уплотнение грунта и замену слабого грунта применяют при наличии слабых маловлажных грунтов толщиной пласта не более 3 м. При толщине слоя слабых грунтов более 3 м следует переходить к устройству распределяющей песчаной подушки небольшой толщины,, которая передает давление от фундамента на большую площадь нижележащих слоев грунта и уменьшает его за счет собственной упругости. Уплотнение слабых грунтов на глубину более 2 ж до границы сжимаемой толщины может быть произведено при помощи песчаных свай. Песчаными сваями можно уплотнять слабые насыпные, водонасыщенные рыхлые песчаные грунты, пылеватые и илистые пески, песчаные грунты с тонкой прослойкой суглинков, глин и ила, заторфован-ные грунты и слабые глинистые грунты и илы. Слабые глинистые и иловатые грунты в пластичном состоянии можно уплотнять грунтовыми сваями. Грунтовые сваи отличаются от песчаных тем, что скважину постепенно заполняют мятым местным грунтом, укладываемым в обсадной трубе слоями с трамбованием.

Рис. 1. Геологические разрезы: а — по буровым скважинам; б — по шурфу

Свайные основания. Сваи — это длинные стержни определенного сечения из различного материала, погружаемые или забиваемые в грунт для передачи на грунт нагрузки от сооружения, а также и для других целей (рис. 2). Сваи делят по материалу на деревянные, железобетонные, бетонные, металлические, а по сечению на круглые, квадратные, многогранные, шпунтовые.

Рис. 2. Сваи: а — фундамент на свайном основании; б — деревянная свая; в —железобетонная свая; г — бетонная набивная свая

Сваи, опирающиеся нижним концом на твердые грунты или плотную маловлажную глину, называют сваями-стойками. Сваи, всей своей длиной находящиеся в слабом грунте и не опирающиеся на плотные грунты, называют висячими сваями. Висячие сваи передают нагрузку слабому грунту путем трения боковых поверхностей о грунт. Величину нагрузки, которую могут при-пять сваи, определяют |расчетом. Применяют сваи в качестве искусственных оснований под фундаменты сооружений для уплотнения слабых грунтов, в качестве опор при строительстве деревянных мостов, для устройства стенок-перемычек, подпорных или ограждающих от давления земли, воды, льда.

Деревянные сваи применяют при условии, что вся свая будет постоянно находиться в насыщенном водой грунте, причем голова сваи должна быть ниже низшего горизонта грунтовых вод не менее чем на 0,5 м. В лесном хозяйстве деревянные сваи применяют при строительстве мостов, плотин и сооружений для сплава леса.

Для деревянных свай используют бревна диаметром от 18 до 36 см различных древесных пород. Однако лучшими для этих целей являются хвойные породы — лиственница, сосна, ель.

Бревна для сваи должны быть прямыми, из здоровой древесины, без пороков (свилеватости, гнили), чисто ошкуренные.

В строительстве в большинстве случаев применяют деревянные сваи круглого сечения (см. рис. 2), за исключением ограждающих стенок, для которых используют бревна шпунтового сечения. На верхний конец круглой деревянной сваи (голову), опиленный перпендикулярно оси бревна, надевают метал, лическое кольцо (бугель), предохраняющее древесину от размочаливания и расщепления; нижний конец сваи, идущий в грунт, заостряют на четыре канта и, во избежание расщепления при забивке сваи в гравелистые грунты, надевают на него металлический башмак, после этого забивают сваю в грунт.

Верхние концы сваи после забивки опиливают на одном уровне, для связи на них надевают бревенчатые или брусчатые насадки, по которым укладывают обвязки. Пространство между сваями, насадками и обвязками заполняют грунтом с примесыо гравия, щебня, булыг, который тщательно уплотняют. Это сооружение, в котором все сваи связаны и укреплены, называется ростверком. В некоторых случаях, вместо деревянного ростверка, т. е. вместо деревянных связей, используют бетон с легкой арматурой, которым заполняют все пространство между сваями и выше голов свай на 25—50 см, получая при этом железобетонную плиту-подушку, жестко связывающую сваи и равномерно распределяющую нагрузку.

Шпунтовые сваи устраивают из брусьев или толстых досок. Нижний конец такой сваи заостряют тремя скосами так, чтобы свая лучше прижималась к ранее забитой. Их забивают между двумя схватками, укрепленными на маячных сваях.

Расположение свай зависит от рода сооружения и способа передачи нагрузки на сваи. При равномерном распределении нагрузки на сваи их располагают параллельными рядами или в шахматном порядке (см. рис. 2, а); при сосредоточенной нагрузке, например от фундаментов колонн, сваи забивают кустами по 4—12 шт.

Забивают деревянные сваи в грунт при помощи ударных механизмов— молотов, подвешенных к копрам (рис. 10). Копер состоит из горизонтальной станины, направляющих стрел с подкосами, молота (бабы), поднимаемого через блок тросом от лебедки, прикрепленной к станине. Процесс забивки сваи протекает следующим образом. Молот весом от 0,5 до 1,5 т подвешен к тросу специальным крючком, который автоматически отцепляется при подъеме молота на заданную высоту, после чего молот падает на голову сваи, погружая сваю в грунт силой Удара. После падения молота крючок при помощи специального канатика подтягивается к молоту, зацепляет его за ушко, а затем молот поднимается тросом на первоначальную высоту.

Для перемещения по рабочему месту копер устанавливают на горизонтальные подмости из брусьев или на рельсы, но при этом станина должна иметь колеса. Копры сооружают из деревянных брусьев со стрелой высотой до 12 м или металлических — со стрелой высотой до 31,5 м.

Рис. 3. Копер деревянный: я — общий вид; б — молот и деталь крепления молота к блоку при помощи скобы и крючка

Кроме копров с падающими молотами, широко применяют копры с паровоздушными и дизельными молотами. Молоты эти представляют собой специальные механизмы, монтируемые на голове сваи. Ударной частью молота является боек, работающий под действием силы пара, сжатого воздуха или дизельного двигателя. Количество ударов по свае в минуту у паровоздушных молотов колеблется от 30 до 300 и у дизельных молотов — от 55 до 65, что значительно превышает производительность падающих молотов, которые производят от 2 до 5 ударов в минуту.

Забивка сваи состоит из следующих операций:
1) разбивка по проекту местоположения свай;
2) устройство подмостей для перемещения копра и установки копра на место работы;
3) установка сваи в проектное положение путем подтягивания И подъема ее тросом от лебедки копра;
4) погружение сваи в грунт ударами молота;
5) перемещение копра на место забивки следующей сваи, после чего процесс забивки сваи повторяется. Первые удары делаются при высоте падения молота не более 0,25 — 0,50 м, чтобы дать свае правильное направление. Дальнейшая забивка сваи производится «залогами» в 10—15 ударов при постоянной высоте падения молота. Наблюдение за погружением сваи в грунт ведут по линейке, прикрепленной к стрелке копра. Забивку свай прекращают после достижения «отказа», т. е. величины (в сантиметрах) расчетного последнего погружения сваи от одного удара. Величина «отказа» указывается в проекте или определяется в процессе забивки свай. Отказы свай и прочие показатели записываются в журнал забивки свай.

При необходимости увеличить глубину погружения сваи (длину сваи) в процессе забивки ее наращивают. Для наращивания торцы соединяемых в стык бревен опиливают перпендикулярно к продольной оси сваи; затем стык крепят в двух взаимно перпендикулярных направлениях парными металлическими накладками, стянутыми болтами.

В некоторых случаях сваи приходится удалять: когда свая при забивке отклонилась от проектного положения или сломалась. Удаляют (выдергивают) и временно забитые сваи для подмостей, эстакад, временных шпунтовых перемычек и т. п. Выдергивание свай производят тросом копровой лебедки, домкратами или специальными сваевыдергивателями.

Железобетонные сваи находят широкое применение в строительстве. Их делают любого сечения и длины. Применяют их независимо от наличия грунтовых вод. Железобетонные сваи армируются продольной арматурой и хомутами или, взамен хомутов, спиральной арматурой.

Погружают железобетонные сваи в грунт паровоздушными, дизельными молотами или вибропогружателями. Вибропогружатель— это монтируемый на голове сваи механизм, придающий свае продольные и поперечные колебания, в результате чего свая под действием собственного веса и веса погружателя погружается в грунт. Иногда для увеличения скорости погружения сваи в грунт применяют подмыв грунта под острым нижним концом сваи. Подмыв грунта осуществляется струей воды, подаваемой под давлением к острию сваи по трубам диаметром 38—50 мм. Вода размывает грунт под острием и у боковых поверхностей сваи, частично выносит его на поверхность, вследствие чего трение боковых поверхностей сваи о грунт уменьшается и свая легче опускается. Подмыв грунта применяют в песчаных, глинистых и прочих грунтах.

Бетонные набивные сваи делают непосредственно в грунте (см. рис. 2, г). На глубину погружения сваи в грунт опускают

Между стрелами копра обсаднЫе трубы диаметром от 20 ДО 35 см. Трубы снабжены наконечниками, предохраняющими их от проникновения во внутреннюю полость воды и грунта. При достижении наконечником обсадной трубы необходимой глубины погружения сваи внутренняя полость трубы заполняется пластичной бетонной смесью. При этом бетонную смесь трамбуют механической трамбовкой и одновременно поднимают (вытаскивают) обсадную трубу. В результате постепенного подъема трубы бетонная смесь, выходя из трубы, проникает в грунт и уплотняет его, отчего боковая поверхность сваи получается неровной и имеет хорошее сцепление с грунтом. В некоторых случаях перед бетонированием во внутреннюю полость обсадной трубы вставляют каркас арматуры. Бетонные набивные сваи называются «сваями Страуса». Они впервые были предложены в 1899 г. инж. А. Э. Страусом в Киеве.



Фундамент - Основания естественные и искусственные

Разделы

Содержание блога

Содержание сайта.


Другое

Статьи по теме "Фундамент"