Проектирование фундаментов промышленных и гражданских зданий в инженерно-геологических условиях Дальневосточного федерального округа

Подошва ростверка заложена на глубину 1,5 м от поверхности планировки.

Нагрузки. Нормативные нагрузки на 1 м ростверка в уровне обреза равны

N_IIo = 270 кН и M_IIo = 3 кН/м. Свайные фундаменты рассчитываются на расчетные нагрузки с коэффициентом нагрузки г_f = 1,2, тогда

N_oI = N_oII г_f = 270 • 1,2 = 294 кН,

M_oI = M_oII г_f = 3 • 1,2 = 3,6 кН м.

В расчете необходимо учесть вес 1 пог. м стены и ростверка, которые могут быть вычислены совместно:

G_фII = (h_ст + h_р) b_ст г_ст = (2,1 + 0,3) 0,6 • 24 = 34,6 кН/м,

Расчетное значение

G_фI = G_фII г_f = 34,6 • 1,1 = 38 кН/м.

Общая нагрузка на 1 пог.м свайного фундамента равна

N^п_oI = N_oI + G_фI = 294 + 38 = 332 кН/м.

Расчет длины свай. Расчет длины и несущей способности висячей железобетонной сваи с поперечным сечением 3030 см, длиной 6 м производится по формуле

где г_с = 1; г_сr = г_сf = 1; А = 0,3 • 0,3 = 0,09 м²; U = 4 • 0,3 = 1,2 м; R = 3380 кПа - для расчетной глубины , = d_p + _c = 1,5 + 5,7 = 7,2 м погружения нижнего конца сваи (см. рис. 4.3), принимается по [17, табл. 1] для суглинков с I_l = 0,3.

Определение расчетных сопротивлений грунта f по боковой поверхности сваи производится для грунта толщиной слоев не более 2 м по средним глубинам их расположения, считая от поверхности планировки (табл. 4.2), f₁ = 32,5 кПа; f₂ = 39 кПа; f₃ = 42,5 кПа. По вышеуказанной формуле находим

F_d = 1 1 3380 0,09 + 1,2 1 (32,5 2 + 39 2 + 42,5 1,7) = 555,8 кН.

Таблица 4.2Расчетные сопротивления грунта f по боковой поверхности

Характеристика грунта	h1, м	Z1	F1, кПа	F1h1
Суглинок Il = 0,3	2	2,5	32,5	65
	2	4,5	39	78
	1,7	6,35	42,5	72,5

Определение количества свай на 1 м длины ростверка:

n_c = N_I^п/N = 1,4 332/555,8 = 0,84 шт./м.

Расстояние между осями свай a = F_d / г_k / N_I^п = 555,8/1,4/332 = 1,2 м или a = 1,2/d = = 1,2/0,3 = 4d, что является оптимальным решением.

Глубина залегания от отметки планировки середины каждого слоя, соприкасающегося со сваей

Z₁ = d_p + h₁/2 = 1,5 + 2/2 = 2,5 м;

Z₂ = d_p + h₁ + h₂/2 = 1,5 + 2 + 2/2 = 4,5 м;

Z₃ = d_p + h₁ + h₂ + h₃/2 = 1,5 + 2 + 2 + 1,7/2 = 6,35 м.

Пример 4.2. Расчет осадки свайного ленточного фундамента.

Определить напряжения в активной зоне грунта основания под острием свай.

В ленточном однорядном свайном фундаменте приняты сваи длиной 6 м, сечением 3030 см, забиты с шагом а = 120 см. Глубина погружения свай от подошвы ростверка = 5,7 м. Глубина d_ф от уровня планировки до острия сваи равна 7,2 м. Ширина ростверка 60 см, высота 30 см. Подошва ростверка заглублена на 1,5 м от поверхности планировки. Число рядов свай n_p = 1. Средневзвешенный удельный вес грунта со сваями в массиве г_сpII = 20,6 кН/м³, ширина массива грунта со сваями b_м = 0,3 м.

Границы массива определяются следующим образом: сверху - поверхностью планировки; с боков - вертикальными плоскостями, проходящими по наружным граням ряда свай (см. рис. 4.5).

Напряжения в активной зоне (ниже плоскости острия свай) ленточного свайного фундамента определяются от расчетной погонной нагрузки на длине один метр с учетом веса массива грунта со сваями:

.

Определяется коэффициент = f (b = b/h1; z/h; x/h) или = f (0,3/5,7 =0,005; z/h = 0,01), отсюда первая точка, в которой вычисляется напряжение , находится на оси сваи на глубине z = 1,015,7 = 0,057 м = 6 см. Первое значение = 13,8 определяется по прил. 10.

Напряжение на глубине 6 см ниже острия сваи:

кПа.

Значения напряжений на различной глубине активной зоны даны в табл. 4.3.

Граница активной зоны принимается на глубине, где напряжения от внешней нагрузки не превышают 10 кПа. В данном примере границу активной зоны можно принять на глубине 855 см ниже острия свай.

Расчет осадки выполняется от нормативных нагрузок. Нагрузка на 1 м фундамента определяется по формуле

кПа.

Таблица 4.3Расчет границы активной зоны

z/h		, кПа	Глубина заложения точек от плоскости острия свай, см
1,01 1,05 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5	13,7907 8,0206 5,1769 3,3168 2,5773 2,1593 1,8817 1,6797 1,5240 1,3991 1,2959 1,2087 1,1338 1,0685 1,0110 0,9599 0,9140	226,64 131,74 85,06 54,5 42,34 35,47 30,92 27,6 25,03 22,99 21,29 19,86 18,63 17,55 16,61 15,77 15,07	6,7 28,5 57,0 114,0 171,0 228,0 285,0 342,0 399,0 456,0 513,0 570,0 627,0 684,0 741,0 798,0 855,0

Нижняя граница активной зоны H_c, считая от подошвы ростверка, H_c = _р + h_a.з. = 5,7 + 8,55 = 14,25 м. Приведенная глубина границы активной зоны H_c/ = 14,25/5,7 = 2,5. По отношению H_c/ = 2,5 и = 0,35 определяется по номограмме (см. рис. 4.6) безразмерный компонент перемещения d_o = 3,0. Осадка свайного фундамента равна



Пример 4.3. Расчет свайного фундамента под колонну.

Исходные данные. Рассчитать свайный фундамент под сборную железобетонную колонну сечением 4060 см каркасного здания. Нагрузки по обрезу ростверка и грунтовые условия стройплощадки даны в табл. 4.4 и 4.5.

Нормативная глубина промерзания d_fn = 1,6 м.

Таблица 4.4Нагрузки по обрезу ростверка

Для расчета	1-е сочетание нагрузок	2-е сочетание нагрузок
	N0I, кH	M0I, кHм	F0hI, кH	N0I, кH	M0I, кHм	F0hI, кH
По несущей способности	2052	71	16	2300	37,0	21,6
По деформациям	1710	60	12	1916	30,8	18,0

Таблица 4.5Грунтовые условия стройплощадки

Грунт	Толщина слоя, м	, кН/м3	, кН/м3			, град	, кПа	Е, кПа
Суглинок мягкопластичный	3,4	18,33	19,2	10	0,6	12	20	9500
Глина тугопластичная	5,5	18,52	19,4	30	0,4	8	10	8000
Песок мелкий, средней плотности, водонасыщенный	17,0	18,67	19,5	-	-	26	1	27000

Глубина заложения ростверка назначается из условия заглубления его в пучиноопасный грунт (суглинок с I_l = 0,6) не менее расчетной глубины промерзания d_f (табл. 3.1), d_f = k_h d_fn = 1 · 1,6 м, k_h = 1 [16], d_p = 1,6 м. По конструктивным соображениям d_p = 0,15 + h_c+ 0,4 = 0,15 + 0,6 + 0,05 + 0,4 = 1,2 м.

В дальнейших расчетах принимается глубина заложения подошвы ростверка 1,6 м.

Ростверк проектируется из железобетона: бетон класса B20 (R_b = 11700 кПа, R_bt = 1220 кПа), арматура класса A-III (R_st = 375000 кПа, R_s = 360000 кПа,

= 0,85 [18]), плотность = 2,4 т/м³, удельный вес = 24 кН/м³.

По грунтовым условиям выбирается висячая забивная свая сечением 3030 см из бетона класса B20 и арматуры класса A-III; армирование 4 12 А-III (A_s = 4,52 см²) без преднапряжения; вес свай длиной 10 м (C10-30) G_c = 22,8 кН. Длина сваи выбрана из условия прорезки сравнительно слабых грунтов (суглинок - 1,8 м, глина - 5,5 м) и опирания на песок (2,7 м).

Определяется несущая способность сваи по грунту [17, формула (4.4), табл. 1.2]

,

где ; ; ; м²;R = 3700 кПа (при d_y = 11,6 м); м.

Определение расчетного сопротивления грунта по боковой поверхности выполняется в табл. 4.6.

Таблица 4.6Расчетные сопротивления грунта по боковой поверхности

Характеристика грунта	hI, м	zI, м	fI, кПа	fI hI
Суглинок = 0,6	1,8	2,5	13	23,4
Глина = 0,4	2	4,4	27	54
	2	6,4	31	62
	1,5	8,2	33	49,5
Песок мелкий, средней плотности, водонасыщенный	2,0	10	46	92
	0,7	11,3	47	32,9

?313,8

Несущая способность сваи по грунту:

. Определяется несущая способность сваи по материалу по формуле (4.5)

F_m = г_c (R_b A + R_sс A_s),

где г_c = 1; = 1; R_b = 11700 кПа - расчетное сопротивление бетона сжатию для B20; A = d² = 0,3² = 0,09 м²; R_sс = 375000 кПа - расчетное сопротивление арматуры сжатию для класса A-III; A_s = 4,52 см² - площадь поперечного сечения арматуры (4 Ш 12 А-III).

;

;

.

Полная нагрузка на сваи

.

Определяется количество свай по формуле (4.6)

.

Конструируется ростверк: обрез ростверка закладывается ниже пола на 0,15 м; размеры подколонника: длина 1,2 м, ширина 1,1 м, высота 0,65 м; высота ростверка по условиям заделки колонны (0,40,6 м) и толщины дна (0,4 м) стакана h_Р =

= 0,6 + 0,4 = 1 м. По конструктивным требованиям высота плитной части ростверка принимается равной 0,8 м, подколонника 0,8 м. Свесы ростверка принимаются c_о = 15 см, заделка свай в ростверк 5 см. Сваи размещаются по площади ростверка на расстоянии (в осях) c = 3d = 3 • 0,3 = 0,9 м по длине и ширине ростверка.

Размеры ростверка:

длина ;

ширина .

Проверяется фактическая нагрузка на сваи от всех нагрузок.

Объем бетона ростверка

³.

Объем грунта на уступах .

Вес ростверка и грунта при г_f = 1,1

;

;

.

Момент на уровне подошвы ростверка

.

Нагрузка на сваю в крайнем ряду определяется по формуле (4.8)

Недогрузка составляет 17 %, можно сократить число свай до 5 шт. и сделать перерасчет.

Проверяется нагрузка на сваи по второй комбинации нагрузок (табл. 4.4).

;

Проверяется давление от нормативных нагрузок на основание в уровне нижних концов свай, т. е. по подошве условного фундамента (см. рис. 4.3). Определяется средний угол внутреннего трения по формуле

, .

Размеры подошвы условного фундамента:

Вес условного фундамента

здесь - вес ростверка; , где

;

;

.

Общая нагрузка на основание

.

Среднее фактическое давление на основание

,

где R - расчетное сопротивление грунта основания, определяемое по формуле (3.7), в уровне подошвы условного фундамента при заданных условиях: при тогда .

Определение осадки свайного фундамента методом послойного суммирования деформаций:

- фактическое среднее давление;

- природное давление в уровне подошвы;

дополнительное давление;

- толщина элементарных слоев.

Соотношение сторон подошвы .

Расчет осадки приводится в табличной форме (табл. 4.7).

Таблица 4.7Расчет осадки

Номер п/п	, м	, м	, кН/м3	, кПа	, кПа			, кПа	, кПа	, кПа	, см
0	0	0	-	-	223,88	0	1	233,29	-	-	-
1	0,96	0,96	19,5	18,72	242,6	0,8	0,848	197,83	215,56	27000	0,613
2	1,92	0,96	19,5	18,72	261,32	1,6	0,532	124,11	160,97	27000	0,46
3	2,88	0,96	19,5	18,72	280,04	2,4	0,325	75,82	99,97	27000	0,28
4	3,84	0,96	19,5	18,72	298,76	3,2	0,21	48,99	62,40	27000	0,18

На глубине z = 3,84 м .

Дополнительное давление :

;

; 1,53 < 8. Условие выполняется.

Вопросы для самоконтроля

1. При какой мощности слабых грунтов целесообразно применять свайные фундаменты?

2. Какие сваи называются висячими?

3. Какие сваи называются стойками?

4. В чем отличие висячей сваи от сваи-стойки?

5. Что называется несущей способностью сваи по материалу?

6. Из чего складывается несущая способность висячей сваи по грунту?

7. Как определяется требуемое количество свай в фундаменте с низким ростверком?

8. При каком шаге свай в ростверке их называют «кустом»?

9. Какое условие должно быть выполнено при расчете свайного фундамента по несущей способности?

10. Как определяется размер свайного поля?

11. Откуда исчисляется мощность основания свайного фундамента?

13. Какая разница между набивной сваей и сваей, изготовленной в грунте?

14. Что такое расчетная нагрузка, допускаемая на сваю?

15. Что называется отказом сваи при забивке?

16. По какому предельному состоянию рассчитывается свайный фундамент при определении числа свай?

17. Когда устраиваются «козловые сваи»?

18. Как передается нагрузка на грунты основания фундаментами глубокого заложения?

19. Каково минимальное расстояние между осями забивных висячих свай без уширения в плоскости нижних концов?

20. Допускается ли опирание нижних концов свай в пылевато-глинистые грунты с содержанием органических остатков?

21. Как следует определять несущую способность свай до начала производства работ?

22. Какой из способов погружения свай наиболее широко применяется?

24. Какой способ погружения свай следует применить рядом с существующим зданием?

25. На какую глубину погружается разъединительная шпунтовая стенка вдоль существующего здания, если рядом возводится высотное здание?

26. Какой из способов погружения свай наиболее широко применяется?

5. Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов

Технико-экономическое сравнение вариантов фундаментов позволяет сделать выбор наиболее эффективного варианта.

Экономическое сравнение выполняется следующим образом. По расчитанным вариантам определяют объемы, м³, земляных работ, фундамента, подготовки под фундамент, ростверка и свай, обратной засыпки грунта. Для облегчения расчетов рекомендуется объемы работ определять на один погонный метр ленточных фундаментов и на один фундамент под колонну. При этом необходимо учитывать указания норм по допускаемой величине крутизны откосов в зависимости от вида грунта и глубины разработки котлована [19].

Зная все объемы строительных работ, можно определить стоимость возведения фундаментов мелкого заложения и свайного. Подобные расчеты производят в соответствии с ЕРЕР применительно к району проектирования. В учебных целях разрешается пользоваться укрупненными расценками, привиденными в прил. 11.

Определение стоимости фундаментов по каждому варианту целесообразно вести в табличной форме (табл. 5.1).

Таблица 5.1 Ведомость объемов и стоимости основных работ по сооружению фундамента

Вариант 1 Фундамент на естественном основании
Наименование работ	Ед. изм.	Объем работ	Стоимость, руб.
			единицы	общая
Итого по варианту

Вариант с меньшей стоимостью можно считать более эффективным. Но если стоимость обоих вариантов примерно одинакова, необходимо проанализировать и сопоставить технические, т. е. производственные условия: глубину котлована, необходимость водоотлива, сохранность грунта при производстве работ, необходимость в новом технологическом процессе, новом оборудовании.

Вариант более простой в производственном отношении можно принять в качестве основного, даже если он несколько дороже.

Расчет остальных сечений фундаментов по принятому варианту производится на ЭВМ. Это делается для сокращения объема вычислений.

6. Производство работ по устройству фундаментов, сооружаемых в открытых котлованах

В курсовом проекте на основе изученного курса «Технология строительного производства» необходимо дать краткие указания по производству работ по устройству фундаментов, сооружаемых в открытых котлованах, в порядке их технологической последовательности.

6.1 Подготовительные работы

Подготовительные работы предусматривают очистку территории площадки от пней, строений, мусора, планировку территории, устройство водоотводящих сооружений, перенос подземных коммуникаций, устройство временных дорог, подводку электроэнергии для работы машин и освещения, ограждение территории строительства, устройство складских и служебных помещений и т. д.

6.2 Геодезические работы

Перед началом производства работ необходимо произвести разбивку осей зданий, т. е. привязку главных разбиваемых линий к координатам строительной сетки, после чего осуществляется разбивка котлована и траншей под фундаменты. Оси главных, разбивочных линий представляют собой продольные и поперечные оси здания, затем отмеряются расстояния до осей стен или колонн. Эти оси закрепляют на расстоянии 2-3 м от бровки котлована на специально установленной обноске, которая устраивается из столбов с прибитыми к ней досками. Верхняя кромка столбиков должна иметь остроконечную поверхность. Верхние концы всех досок должны находиться на одной отметке. Оси стен и котлованов должны быть обозначены и пронумерованы краской, а в доски вбиты гвозди, к которым крепится проволока для переноса границы котлована или оси фундамента в котлован. На поверхности земли контуры котлована отмечают колышками.

6.3 Разработка грунта

Разработка грунта в котлованах производится тремя основными способами: механическим (экскаваторами, бульдозерами, скреперами), гидромеханическим (с применением землесосных снарядов и гидромониторов) и взрывом.

В практике городского строительства наиболее распространенным является механический способ разработки грунта, когда грунт отвозится автомобилями, или разработка производится в отвал. Грунт в котловане не добирается до проектной отметки на 20-25 см.

Выбор механизма для отрывки котлована производится с учетом вида грунта. При маловлажных грунтах и неглубоких котлованах в случае, когда отвальный грунт остается на месте постройки, для устройства котлованов могут применяться бульдозеры, экскаваторы с прямой и обратной лопатой и драглайны. При очень влажных и насыщенных водой грунтах отрывка может производиться лишь с поверхности, так как установка экскаватора на дне котлована и движение автомобилей, отвозящих грунт, приводят к нарушению структуры грунта, служащего основанием сооружения.

Стенки котлована при отсутствии грунтовых вод во избежание обрушения делают вертикальными при глубине отрывки не более 1 м в насыпных песчаных и крупнообломочных грунтах; 1,25 м - в супеси и 1,5 м - в суглинках и глинах.

Рытье котлованов и траншей с откосами без креплений в нескальных грунтах выше уровня грунтовых вод (с учетом капиллярного поднятия) или в грунтах, осушенных с помощью искусственного водопонижения, допускается при глубине выемки и крутизне откосов согласно табл. 6.1

Для крепления вертикальных стенок траншей глубиной до 5 м должны применяться инвентарные крепления. Тип крепления выбирается в зависимости от вида грунта, его состояния и положения уровня грунтовых вод. Более подробно с этим вопросом можно ознакомиться в [5, разд. 13].

Таблица 6.1Допускаемая крутизна откосов

Вид грунта	Крутизна откоса (отношение высоты к заложению) при глубине выемки, м, не более
	1,5	3	5
Насыпной неуплотненный Песчаный и гравийный Супесь Суглинок Глина Лесс и лессовидный	1:0,67 1:0,5 1:0,25 1:0 1:0 1:0	1:1 1:1 1:0,67 1:0,5 1:0,25 1:0,5	1:1,25 1:1 1:0,85 1:0,75 1:0,5 1:0,5

Примечание. При напластовании различных видов грунта крутизну откосов для всех пластов надлежит назначать по наиболее слабому виду грунта.

6.4 Разработка грунта в зимних условиях

Отрывка котлованов и траншей в зимнее время осложняется тем, что грунт на некоторую глубину от поверхности промерзает и становится более прочным, чем талый, так как вода, находящаяся в его порах, превращается в лед. Чем больше влажность грунта и чем меньше частицы грунта, тем прочнее он становится при замерзании. Прочность песчаных и крупнообломочных грунтов при их замерзании увеличивается незначительно в том случае, когда они залегают выше уровня грунтовых вод. Наибольшую прочность в мерзлом состоянии имеют глинистые грунты.

С увеличением глубины температура грунта повышается. Так, если на поверхности зимой она близка к температуре воздуха, то на глубине 10-20 см уже значительно выше, а на глубине 1 м от поверхности температура грунта не бывает ниже 2-4 С (при глубине промерзания 1,7-1,8 м).

Уменьшению глубины промерзания грунта способствует защитный покров на поверхности в виде снега, сухой травы и листьев. Кроме того, разрыхленная поверхность уменьшает глубину промерзания грунта. Сильные и продолжительные ветры способствуют увеличению глубины промерзания.

До начала производства работ необходимо установить в натуре глубину промерзания. Разработка котлованов в зимних условиях производится с применением дополнительных мер. К ним относятся предохранение грунта от промерзания утеплением или рыхлением, оттаиванием мерзлого грунта. Оттаивание мерзлого грунта применяется в следующих случаях:

- когда вблизи разрабатываемых котлованов проходят коммуникации, в результате чего не допускается механический или взрывной способы рыхления грунта;

- при отсутствии специального оборудования для рыхления грунта;

- при небольших объемах работ, когда имеются дешевые источники тепла (пар, горячая вода, газ и т. п.).

На практике чаще всего применяют механические способы разработки и рыхления мерзлого грунта: при толщине до 0,25 м экскаватором, оборудованным прямой лопатой емкостью ковша 0,65 м³, при толщине до 0,4 м - экскаватором, оборудованным прямой лопатой емкостью ковша 1 м³. При большей толщине мерзлого грунта следует предварительно разрыхлить грунт.

6.5 Подготовка основания

Подготовка основания является ответственным процессом при возведении фундаментов. Непосредственно перед возведением фундаментов производится разработка недобора грунта в котловане малыми средствами механизации.

При устройстве монолитных фундаментов, когда неровности дна котлована заполняются раствором или бетоном и тем самым обеспечивают контакт фундамента с основанием, зачистка может выполняться с некоторыми неровностями. В зимнее время последний слой грунта следует удалять непосредственно перед укладкой фундамента.

Если была допущена разработка грунта ниже проектной отметки дна котлована, то производят подсыпку местным грунтом с уплотнением его до естественной плотности. Если нет механизмов для уплотнения, то подсыпают песок, щебень или гравий.

Если дно котлована было замочено после его отрывки, то размокший грунт должен быть удален до глубины, при которой он сохранил свою естественную влажность. После этого подсыпают местный грунт, с уплотнением до проектной отметки. Можно не срезать размокший грунт, а втрамбовывать в него кирпичный щебень, который «отсасывает» воду из грунта и уменьшает его влажность. Поверхность щебня покрывают так называемой «стяжкой» в виде тонкого слоя цементного раствора.

При сборных фундаментах на дно котлована укладывают слой крупного песка толщиной 10-15 см. Ширина песчаной подготовки должна быть на 50-60 см больше ширины подошвы фундамента. Затем шаблоном (доской) разравнивают песок и уплотняют его механическими трамбовками или вручную.

Окончание работ по подготовке основания фиксируется специальным актом приемки котлована. В акте должна быть указана глубина котлована, вид и состояние грунта, соответствие с характеристиками, указанными в проекте.

6.6 Монтаж сборных и бетонирование монолитных фундаментов

Монтаж сборных фундаментов может осуществляться либо с бровки котлована, либо со дна котлована, либо комбинированным способом. Выбор способа монтажа зависит от многих факторов, главными из которых являются грунтовые условия площадки, конфигурация здания и его размеры, вид механизма и его параметры. Монтаж фундаментов может производиться тракторными, автомобильными или башенными кранами.

Выбор типа крана для монтажа фундаментов осуществляется в зависимости от максимального веса конструкций и вылета стрелы крана.

Целесообразно для монтажа фундаментов жилых зданий применять башенные краны. В этом случае сразу после укладки блоков фундамента можно переходить к возведению наземной части.

Монтаж ленточных фундаментов следует начинать с укладки блоков-подушек в углах здания, в местах пересечения стен. Эти блоки являются маяками, между которыми затем натягивается шнур-причалка, по которому устанавливаются остальные блоки. В местах примыкания поперечных стен скосы блоков-подушек нужно заделывать бетоном. После укладки блоков-подушек на участке и проверки отметок на верхнюю поверхность наносится раствор по ширине на 4-5 см меньше ширины стенового блока. Толщина слоя раствора должна быть не более 2-4 см. Монтаж стеновых блоков осуществляется так же, как и блоков-подушек, т. е. начинают с установки угловых и маячных блоков, между которыми натягивают причалку. При монтаже следующих рядов блоков должна быть обеспечена перевязка швов и (при необходимости) выполнены запроектированные отверстия (рис. 6.1-6.4).

Возведение монолитных фундаментов, применяемых под колонны или столбы, осуществляется в опалубке. Комплексный процесс сооружения отдельных монолитных фундаментов включает устройство опалубки, сборку и установку арматурных каркасов, подачу и уплотнение бетонной смеси и уход за ней.

В зависимости от местных условий и имеющегося оборудования возведение монолитных фундаментов может осуществляться по любой технологической схеме. При этом грузоподъемность кранов на максимальном вылете крюка должна быть не менее 3 тонн. Необходимый вылет крюка крана определяется для каждого объекта отдельно.

Рис. 6.1. перевязка блоков продольных и поперечных стен: 1 - выровненная поверхность стены подвала; 2 - перевязка блоков; 3 - гидроизоляция

Рис. 6.2. Усиление примыкания стен арматурными сетками



Рис. 6.3. Перевязка вертикальных швов между рядами блоков

Рис. 6.4. Проемы между блоками для пропуска инженерных коммуникаций

Если фундаменты возводятся ниже уровня грунтовых вод, то после окончания бетонирования следует прекратить откачку воды.

Опалубка снимается с фундаментов после затвердевания бетона до такой прочности, при которой можно не опасаться откалывания углов и кромок. Как правило распалубка производится через 3-4 дня.

Бетонные фундаменты при минимальной суточной температуре -3 С должны возводиться из теплого бетона. Для этого инертные материалы и вода подогреваются, после чего приготавливается бетон. Затем должны быть предусмотрены меры, обеспечивающие твердение его, во всяком случае, до 50 % проектной прочности. Это достигается применением одного из следующих способов подогрева бетона: пароподогрев, электропрогрев или обогрев бетона в тепляках.

При укладке фундаментов многоэтажных зданий можно применять при небольших отрицательных температурах способы, ускоряющие твердение бетона, добавлением в него хлористого кальция, сохраняя невозможность вымораживания влаги.

6.7 Защита помещений от подземных вод и влаги

Практикой строительства выработаны различные способы предохранения конструкций и подземных помещений от подземных вод и влаги. Многие из этих мероприятий, выполняемые в период строительства, достаточно просты и эффективны. Но их устройство осложняется, а эффективность снижается, когда они выполняются для существующих зданий и сооружений.

Защитные мероприятия направлены на предохранение подземных сооружений и подвалов от влаги, затопления подземными водами, коррозии и разрушения материалов. Выбор этих мероприятий зависит от гидрогеологических условий строительной площадки, сезонного колебания и возможного изменения уровня подземных вод, их агрессивности, особенностей конструкций и назначения помещений.

Защита наземных помещений от грунтовой влаги ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен на высоте 15-20 см от верха отмостки или тротуара непрерывной водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или одного-двух слоев рулонного материала на битуме (рис. 6.5). Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнительную изоляцию. Защита подвальных и заглубленных помещений в сухих грунтах осуществляется обмазкой за один-два раза наружной поверхности стен горячим битумом и прокладкой рулонной изоляции в стене на уровне пола подвала. Во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены. В сильновлажных грунтах к цементному раствору добавляют церезит, уплотняющий бетон и раствор.

Поверхности стен подвалов защищают горизонтальной водонепроницаемой прослойкой в стене, доходящей до пола подземного помещения или подвала

(рис. 6.6). Изоляцией полов подвала при низком уровне подземных вод служит сам бетонный пол. В сильновлажных грунтах пол выполняют из плотного бетона с добавлением церезита, покрывая его слоем битума, а чистый пол - из асфальта.

Рис. 6.5. Изоляция стен бесподвальных зданий с полами по лагам и грунту: а, в - наружных стен; б - внутренних стен; 1 - рулонная гидроизоляция или цементный раствор; 2 - обмазка битумом за два раза

Защита подвальных и подземных помещений от подземных вод. Основными мероприятиями по борьбе с подземными водами являются перехват их дренажами и устройство гидроизоляции.



Рис 6.6. Изоляция стен подвальных и заглубленных помещений: а - наружной стены; б - внутренней стены; 1 - рулонная гидроизоляция; 2 - обмазка битумом за два раза

В гражданском и промышленном строительстве применяют горизонтальные трубчатые дренажи совершенного типа, полностью прорезающие водоносный слой и доходящие до водоупора, и несовершенного типа, прорезающие этот слой частично.

Наиболее экономично устраивать дренаж не для одного здания и сооружения, а для их комплекса в период инженерной подготовки территории, что сокращает протяженность дренажной сети.

Для отдельных зданий и сооружений принимают два типа дренажа: пристенный и пластовый. Пристенный (сопутствующий) дренаж (рис. 6.7) применяют при неглубоком залегании водоупора и слоистом основании. Дренаж располагается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы. Пластовый дренаж (рис. 6.8) применяют в слабопроницаемых грунтах, где линейные дренажи часто не дают положительного результата, и при наличии в этих грунтах маломощных, хорошо проницаемых прослоек и линз. Соединение подпольного пластового дренажа с пристенным в зданиях с ленточными фундаментами осуществляется с помощью труб, а в зданиях с отдельными фундаментами - через дренажные прослойки. Пластовые дренажи не защищают подземные сооружения от сырости и увлажнения капиллярной влагой.

Рис. 6.7. Пристенный дренаж: 1 - щебень, втрамбованный в грунт; 2 - глинобетон; 3 - мелкий щебень или гравий; 4 - песок крупный; 5 - песок средней крупности; 6 - местный грунт; 7 - обмазка битумом за два раза

Рис. 6.8. Пластовый дренаж под полом подвала здания: 1 - песок средней крупности; 2 - пристенный дренаж; 3 - песок крупный; 4 - гравий или щебень

Устройство дренажей, особенно индивидуальных, лимитируется возможностью отвода из них воды, например, наличием ливневой канализации, станций перекачки и других устройств.

Следует учесть, что при устройстве дренажей требуются дополнительные расходы, связанные с их эксплуатацией и ремонтом. Оклеечная водонепроницаемая гидроизоляция выполняется только из рулонных материалов с негниющей основой - гидроизола, рубероида.

Рулонные материалы наклеивают битумным раствором на выровненную изолирующую поверхность. Наклеенная гидроизоляция зажимается между поверхностью изолируемой конструкции и защитной конструкцией, предохраняющей изоляцию от механических повреждений и в ряде случаев гасящей напор подземных вод. Водонепроницаемый ковер, находящийся ниже расчетного уровня подземных вод, должен быть непрерывен по всей заглубленной поверхности.

Подземные воды оказывают гидростатическое давление на пол и стены заглубленных помещений. Расчетный напор равен разности отметок уровня подземных вод и гидроизоляции в конструкции пола. Гидроизоляцию выполняют на 0,5 м выше максимального уровня подземных вод. Схема эпюры гидростатического давления на заглубленные помещения приведена на рис. 6.9. При уровне подземных вод 0,1-0,15 м гидроизоляция пола состоит из двух слоев рулонного материала и защитной конструкции (рис. 6.10). Напор погашается весом конструкции пола над изоляцией. Для предупреждения разрыва изоляционного ковра от неравномерных осадок фундамента и пола подвала между ними устраивается компенсатор в виде петли из ковра, размещаемый в коробе с битумом. Компенсаторы устраивают и около осадочных швов.



Рис. 6.9. Эпюра гидростатического давления подземных вод на заглубленную конструкцию

Рис. 6.10. Гидроизоляция подвала при напоре подземных вод до 0,5 м: 1 - кирпичная или бетонная защитная стенка; 2 - рулонная изоляция; 3 - конструкция чистого пола; 4 - деформационные компенсаторы; 5 - цементный или асфальтовый слой; 6 - цементная стяжка; 7 - бетонная подготовка

При уровне подземных вод выше пола подвала на 0,5 м гидроизоляция должна состоять из трех и более слоев рулонной изоляции и дополнительной конструкции, защищающей слои изоляции от отрыва и воспринимающей гидростатическое давление. На вертикальных поверхностях гидростатическое давление воспринимается стенами или специальными конструкциями. В первом случае рулонную гидроизоляцию наклеивают по выровненным штукатуркой наружным поверхностям стен и предохраняют от механических повреждений защитной стенкой из кирпича, бетонных плит и блоков (рис. 6.11). Зазор между изоляцией и стенкой заполняют жидким цементным раствором. Для лучшего зажима изоляции защитную стенку через 5-6 м по длине разделяют полоской рулонного материала. Во втором случае изоляцию наклеивают на внутреннюю поверхность стены и прижимают специальной конструкцией, рассчитанной на восприятие гидростатического давления (рис. 6.12).

Рис. 6.11. Гидроизоляция подвала по наружной поверхности стен при больших напорах подземных вод: 1 - гидроизоляция стен; 2 - битумная обмазка; 3 - рулонная изоляция; 4 - защитная кирпичная или бетонная стенка; 5 - железобетонное ребристое перекрытие (балки заделаны в стены); 6 - защитный цементный слой; 7 - цементная стяжка; 8 - бетонная подготовка

В горизонтальных конструкциях гидроизоляцию наклеивают на гладко выровненную цементной стяжкой поверхность подготовки и сверху предохраняют цементным или асфальтовым слоем толщиной 3-5 см. Гидростатическое давление воспринимается заделанными в стены или в опоры здания железобетонными плитами; ребристыми с плитой понизу и безбалочными перекрытиями; коробчатыми конструкциями (рис. 6.12), общими для пола и стен; железобетонными плитами под металлическими балками.

Когда гидростатическое давление воспринимается железобетонными перекрытиями, они одновременно могут использоваться как сплошные фундаментные плиты.

При изоляции смежных конструкций их изолируемые поверхности должны быть притуплены фаской под углом 45-50 или закруглены радиусом не менее 10-15 см.

Рис. 6.12. Гидроизоляция подвала по внутренней поверхности стен коробчатой конструкции при больших напорах подземных вод: 1 - гидроизоляция стен; 2 - битумная обмазка, защищенная цементной штукатуркой; 3 - рулонная изоляция; 4 - цементный слой; 5 - железобетонная коробчатая конструкция; 6 - чистый пол; 7- цементная стяжка; 8 - бетонная подготовка

Защита подземных конструкций от агрессивных вод. К агрессивным относятся подземные воды, содержащие растворенные в воде вещества, вызывающие разрушение цементных растворов и бетонов.

Различают следующие виды коррозии: растворение составных частей растворов и бетонов; образование и вынос водой хорошо растворимых солей; накопление и кристаллизацию продуктов химической реакции агрессивной воды с раствором или бетоном в порах и трещинах конструкций с разрушением их структуры.

Основными признаками агрессивности воды являются кислотность, временная (карбонатная) жесткость, содержание магнезиальных солей, содержание свободной углекислоты. Коррозия зависит от состава, плотности, водопроницаемости бетона, совместного действия на бетон воды и пр. Кроме того, на коррозию оказывает влияние скорость фильтрации подземной, агрессивной к бетону воды.

Защита подземных конструкций от агрессивных вод сводится (в зависимости от агрессивности вод) к приданию материалу большей химической стойкости или к изоляции их от смачивания подземными водами. При наличии определенного источника агрессивных вод хорошие результаты дает устройство вокруг сооружения нейтрализационных барьеров - канав, заполненных известковым щебнем и камнем, которые нейтрализуют кислоту в воде и снижают ее агрессивность.

Простейшей изоляцией от слабоагрессивных вод может быть глиняный замок из хорошо перемятой и плотно утрамбованной глины. В более агрессивных водах изоляция осуществляется химически стойкими оболочками. При агрессивных водах поверхность конструкции с боков и снизу предохраняют оклеечной изоляцией из битумных рулонных материалов (рис. 6.13). Изоляцию по подошве сооружения наносят на подготовку из тощего бетона. При весьма агрессивных водах конструкцию облицовывают клинкером на битуме или на кислотостойком растворе.



Рис. 6.13. Изоляция фундаментов от сильноагрессивных вод: 1 - перемятая глина; 2, 10 - обмазка битумом за три раза; 3 - защитная стенка; 4 - рулонная изоляция; 5 - чистый пол; 6 - железобетонное перекрытие; 7 - защитный слой; 8 - цементная стяжка; 9 - щебеночная или гравийная подготовка на битуме

6.8 Засыпка пазух котлованов

Обратная засыпка пазух котлованов должна производиться сразу после сооружения фундаментов, а обратная засыпка пазух стен подвалов - после устройства перекрытий над подвалом.

Во избежание попадания поверхностных вод в пазухи котлованов уплотнение грунта рекомендуется выполнять немедленно после засыпки его в пазухи. Засыпка грунта в пазухи котлованов и его уплотнение должно производиться послойно. При этом следует применять пневмо- и электротрамбовки, трамбующее и вибро-трамбующее навесное малогабаритное оборудование. Засыпаемый в пазухи грунт не должен содержать органических включений. Толщина слоев при заполнении пазух не должна быть более 10 см.

Во избежание повреждения фундаментов грунт вокруг них в стесненных

условиях должен быть уплотнен механическими трамбовками на ширину 1 м от обрезов фундаментов или других подземных сооружений и на высоту не менее 0,4 м над верхом фундамента. В этих местах запрещается трамбовать грунт ближе чем на 1 м от обреза фундаментов трамбующими и вибротрамбующими машинами.

Пазухи, расположенные ниже уровня грунтовых вод, засыпаются песком с коэффициентом фильтрации не менее 5 м в сутки.

Вдоль наружных стен здания устраивают отмостку из водонепроницаемых материалов (см. рис. 6.5) и на 15 см выше отметки планировки - горизонтальную изоляцию помещений от грунтовой влаги.

6.9 Техника безопасности при возведении фундаментов

Прежде чем приступить к возведению фундаментов, все рабочие, занятые на монтаже, должны пройти специальный инструктаж по технике безопасности. Знания правил техники безопасности рабочими и инженерно-техническими работниками должны проверяться не реже 1 раза в год.

Основные положения по технике безопасности должны быть отражены в проекте организации работ по строительству объекта. С ними следует ознакомить весь персонал, занятый монтажными работами. Для этого нужно перед началом работ вывесить плакаты, указывающие безопасные приемы монтажа, предупредительные надписи; отметить места складирования элементов. Опасные для движения людей и механизмов зоны должны быть огорожены или оборудованы предупредительными сигналами.

Осуществлять монтажные работы в ночное время допускается лишь при хорошем искусственном освещении. Освещать следует не только места установки элементов, но и приобъектные склады, а также зоны перемещения конструкций.

Перемещать сборные элементы над рабочими местами запрещается.

Строповкy блоков следует производить только за монтажные петли, заделанные в блоках, а подъем их осуществлять специальными траверсами или стропами, прочность и надежность которых должны периодически проверяться.

Перед подъемом блока рабочий должен убедиться в правильности его строповки, после чего следует приподнять блок на высоту не более 30 см и убедиться в надежности его закрепления. Поднимать и опускать блок следует плавно, без рывков и раскачивания, строго по вертикали. Во время подъема и опускания не допускается перекручивания троса крана. Чтобы избежать этого, следует удерживать блок в определенном положении при помощи оттяжек. Не допускается подтягивание или подталкивание элементов во время подъема и опускания.

Если возникает необходимость в этом, то подтягивание можно допустить при неподвижном положении стрелы или крана и троса в случае, когда блок находится на расстоянии не более 50 см по вертикали от места укладки. Во время подъема блока и подачи к месту укладки в зоне его движения не должны находиться люди.

Перед установкой блока он должен быть опущен над местом укладки примерно на 0,5 м от поверхности грунта, после чего осуществляется центровка и установка блока в рабочее положение. Снятие крюков с петель блока разрешается после полного окончания выверки и установки элемента на свое место.

Оставлять поднятые блоки на время перерыва в работе не допускается.

При горизонтальном перемещении поднятого элемента он должен проходить на высоте не менее 1 м от верха самого высокого предмета, находящегося на его пути.

Особое внимание должно уделяться надежности установки крана. Башенные краны допускаются к работе после осмотра их путей. Нельзя приступать к работе при отклонениях от нормального положения подкрановых путей. В период оттаивания грунта подкрановые пути проверяются 2 раза в день.

Самоходные краны, устанавливаемые на бровке котлована, должны находиться на таком расстоянии от края откоса, при котором обеспечивается его устойчивость.

В зимнее время рабочие места, проходы, трапы и т. п. должны очищаться от снега, наледи, мусора и посыпаться песком. Не допускается поднимать элементы, примерзшие к земле или друг к дрyгy.

Вопросы для самоконтроля

1. Изложите порядок производства работ по устройству фундаментов, сооружаемых в открытых котлованах, в технологической последовательности.

2. Что предусматривают подготовительные работы?

3. Изложите основную сущность выполнения геодезических работ по устройству фундаментов на естественном основании.

4. Технологическая особенность разработки грунта при устройстве фундаментов на естественном основании.

5. Назовите основные принципы разработки грунта в зимнее время при устройстве фундаментов на естественном основании.

6. С какой целью производится подготовка основания при устройстве фундаментов на естественном основании?

7. Каким способом производится монтаж сборных фундаментов на естественном основании?

8. Назовите способы защиты подземных помещений от подземных вод и влаги.

9. Изложите основную сущность работ по засыпке пазух котлована.

10. Сформулируйте основные положения по технике безопасности при устройстве фундаментов на естественном основании.

7. Производство работ по устройству свайных фундаментов

7.1 Подготовительные работы

Помимо работ, указанных в подразд. 6.1, выполняются дополнительно следующие виды работ: геодезическая разбивка основных осей сооружения с передачей специализированному управлению по акту опорной геодезической сети и реперов главных осей зданий, разработка котлованов и планировка строительной площадки; завоз и складирование свай на базисные склады.

Перечисленные виды работ подготовительного периода должны быть окончены до начала перебазировки сваебойного оборудования, инвентаря, инструмента, приспособлений и необходимых материалов.

7.2 Разбивка и закрепление свайных осей на местности

Погружение свай относится к наиболее сложным и точным видам строительных работ, от правильности выполнения которых зависит возведение всего здания в целом. Поэтому качественное выполнение геодезических работ для разбивки свайных осей имеет важное значение.

Места расположения главных продольных и поперечных осей здания закрепляют в грунте или бетоне створными знаками (деревянными или бетонными столбиками, кусками арматуры, рельсов, труб). Положение главных осей периодически проверяют привязкой их к базисной линии точными геодезическими приборами. Разбивка основных осей должна сохраняться на все время производства работ.

Для разбивки вертикальных положений конструкций (отметок головок свай, низа ростверка) вблизи сооружения закладывают постоянный репер. Репер должен быть «привязан» к знакам государственной нивелировки прецизионным нивелиром. Абсолютная отметка репера должна быть представлена на нем несмываемой краской. Как и створные знаки, репер устанавливают в местах, где не могут произойти какие-либо перемещения грунта.

Разбивку и закрепление главных осей, а также yстановкy репера должен выполнять квалифицированный геодезист. Разбивку свайного поля можно выполнять с обноской и без нее.

Разбивка свайного поля с устройствами обноски. До начала разбивки на расстоянии не менее 3 м от главных осей здания устраивают инвентарную или неинвентарную обноску высотой 1,0-1,5 м. Обноску устраивают по всем углам здания и по периметру с промежутками не более 20 м. Для разбивки свайного поля на обноску по углам здания при помощи теодолита переносят главные оси здания. Промежуточные оси, соответствующие отдельным участкам разбивки свайного поля, наносят на обноску при помощи мерной ленты. Положение главных и промежуточных осей на обноске закрепляют гвоздями или фиксаторами. Между вынесенными на обноску точками осей свайного поля натягивают мягкую стальную проволоку диаметром 1,0-1,5 мм, фиксирyющyю положение переносимых на местность осей здания. Точки пересечения осей сносят при помощи отвеса на спланированную поверхность участка и закрепляют металлическими штырями или деревянными кольцами.

Разбивкy мест расположения свай междy зафиксированными на местности осевыми линиями по главным и промежyточным осям производят на каждом yчастке мерной лентой.

Разбивка свайного поля без устройства обноски. Разбивкy свайных осей без yстройства обноски выполняют при помощи теодолита и стальной мерной ленты в такой последовательности:

а) уточняют правильность положения главных осей сооружения на местности по имеющимся контрольным точкам;

б) разбивают места расположения свай по главным осям с помощью теодолита и мерной металлической ленты (эта работа должна быть закончена до начала забивки свай);

в) разбивают места расположения свай между главными осями при помощи стальной мерной ленты, натягиваемой между точками разбивки положения свай на главных осях.

Внешние линии расположения ряда свай по главным осям закрепляют теодолитом и мерной лентой, для чего теодолит yстанавливают на yгловyю точкy пересечения двyх главных осей по контyрy здания. На противоположнyю yгловyю точкy здания yстанавливают деревянную вешку, по которой и ориентирyют трyбy теодолита, после чего между двумя провешенными точками при помощи переносной вешки и мерной ленты штырями указывают границы yчастка разбивки на местности.

Разбивкy мест расположения свай на поперечных (промежyточных) осях здания производят при помощи мерной ленты пyтем отмера расстояний только от одной из главных осей.

7.3 Погружение свай забивкой

В соответствии с проектом производства работ осуществляется подготовка копрового оборудования к работе. Работы по погружению свай на суше и в воде состоят из следующих технологических операций: передвижки и установки копра на место забивки очередной сваи, подачи сваи к копру, подъема и установки её под молот, собственно забивки сваи до проектной отметки.

Время, необходимое для подъема и установки сваи, зависит от её длины и веса, а также от условий подачи сваи к копру. Время, затрачиваемое на погружение сваи, зависит от грунтовых условий, глубины погружения и от типа применяемого молота.

Практика показывает, что на погружение сваи затрачивается не более 30-50 % общего времени, расходуемого на полный цикл забивки, остальное время идет на выполнение вспомогательных операций.

Поэтому правильная организация работ, рациональный выбор мест для складирования свай, подлежащих забивке, и, наконец, правильная схема движения копра по свайному полю обеспечивают сокращение до минимума затрат времени на выполнение вспомогательных операций и тем самым резко увеличивают производительность сваебойного агрегата.

Последовательность забивки свай должна быть такой, чтобы сократить непроизводительные затраты времени на перемещение путей для копра, копра или самоходного копрового агрегата; изменение наклона копра; установку копра над местом забивки.

В большинстве случаев применяется рядовая забивка свай, при которой сваи погружают последовательно ряд за рядом.

При значительном числе свай в фундаменте и небольших расстояниях между ними последовательность погружения свай существенно влияет на характер уплотнения грунта между ними. В этом случае грунт сжимается вперед по ходу забивки сваи. При этом если грунты слабые, то принимают способ забивки от центра к периферии.

В некоторых случаях применяют секционный способ забивки свай, при котором вначале забивают несколько рядов свай на значительном расстоянии один от другого, а затем забивают сваи в образовавшихся ячейках (рис. 7.1).

Технология и организация работ по погружению свай в значительной степени зависит от того, производится забивка свай на суше или на местности, покрытой водой.

При погружении свай на суше принимают следующие технологические схемы организации работ: забивка свай с поверхности грунта до отрывки котлована, т. е. сваи погружают ниже поверхности грунта с применением подбабка; погружение сваи с поверхности дна котлована, забивка свай с временных подмостей, установленных внутри котлована; забивка свай копром, установленным на передвижном мосту, который перемещается вдоль котлована, а копер перемещается поперек котлована.

Рис. 7.1. Порядок забивки свай: а - секционный; б - от периферии к центру; в - от центра к периферии

Погружение свай на воде осуществляется путем забивки свай с подмостей, плавсредств, со льда.

Для осуществления забивки свай необходимо выбрать молот исходя из указанной в проекте расчетной нагрузки, допускаемой на сваю, и массы сваи. Необходимая при этом минимальная энергия ударов молота Е, Дж, определяется по формуле

, (7.1)

где а - коэффициент, равный 25 Дж/кН; Р - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, кН.

Применяемый тип молота должен удовлетворять условию

, (7.2)

где - полный вес молота, кН; q - вес сваи (включая вес наголовника и подбабка), кН; - расчетная энергия удара принятого молота, Дж; - коэффициент, приведенный в [17, табл. 11].

Расчетное значение энергии удара принимается:

- для штанговых дизель-молотов [17, табл. 12];

- для трубчатых дизель-молотов [17, табл. 12],

где Q - вес ударной части молота, кН; Н - фактическая высота падения ударной части молота, м, принимается на стадии окончания забивки свай для трубчатых

...