Ресурсоекономна конструкція стрічкових пальових фундаментів

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕСУРСОЕКОНОМНА КОНСТРУКЦІЯ СТРІЧКОВИХ ПАЛЬОВИХ ФУНДАМЕНТІВ

Козачок Л.Д., к.т.н., доцент, Шмиг Р.А., к.т.н., доцент, Фабрика Ю.М., к.т.н., в.о. доцента (Львівський державний аграрний університет, м. Дубляни)

Описується конструкція стрічкових пальових фундаментів зі штучною ґрунтовою подушкою під ростверком. Викладається послідовність розрахунків, порівнюється ефективність застосування описаної конструкції фундаментів у співставленні з традиційними (типовими) конструкціями.

Вступ. Під стіни безкаркасних і з неповним каркасом будівель найчастіше застосовують стрічкові фундаменти неглибокого закладення, а в окремих випадках - пальові. Важливою позитивною рисою стрічкових пальових фундаментів є те, що вони надійні в роботі по передачі вертикального навантаження від стін на ґрунти основи. Надійність цих фундаментів зумовлена, по-перше, високою несучою здатністю і, по-друге, невеликими деформаціями, бо палі, як правило, заходять нижніми кінцями в щільні ґрунти основи і передають на них переважну частину навантаження. Разом з тим область використання пальових фундаментів у сучасному будівництві обмежена, адже вони мають певні вади, головна з них - висока ресурсомісткість, в тому числі вартість влаштування.

Тому актуальним питанням при застосуванні стрічкових пальових фундаментів є здешевлення їх вартості хоча б до рівня , властивого фундаментам неглибокого закладення на природній основі. Тоді надійність пальових фундаментів у поєднанні з невисокою вартістю розширить область їх застосування, а наслідком цього буде підвищення індустріалізації робіт нульового циклу, зменшення кількості ручної праці, зручність виконання в несприятливих кліматичних умовах.

Аналіз останніх досліджень. Основними напрямками для досягнення зазначених завдань є, по-перше, повніше використання можливостей ґрунтів основи сприймати навантаження від стрічкових пальових фундаментів і, по-друге, оптимізація конструктивних рішень цих фундаментів та їх основи [4]. У цьому зв'язку звернемо увагу на те, що в сприйнятті навантаження від фундаментів задіяні в основному ґрунти, в які заходять нижніми кінцями палі, а верхня частина ґрунтової товщі в межах міжпальового простору майже не залучена в цей процес. Щоб використати для сприйняття вертикального навантаження також верхню частину міжпальового простору, запропоновано залучити низький ростверк в процес по передачі тиску на ці ґрунти [1].

Але у сучасній будівельній практиці можливістю передачі частини вертикального навантаження через підошву низького ростверка стрічкового пальового фундаменту нехтують, так як, по-перше, ширина ростверка невелика, а, по-друге, ґрунт безпосередньо під ним може бути в розпушеному стані.

Методика досліджень. Нами досліджено [2,3], що одним з можливих способів залучення низького ростверка в ефективну роботу по передачі вертикального тиску на ґрунти є виконання безпосередньо під ним штучної подушки з сипучих мінеральних матеріалів (грубозернистого піску, піщано-гравійної суміші, гравію, щебеню тощо), які в ущільненому стані добре сприймають навантаження і розпорошують його в своєму обширі (рис.1).

конструкція стрічковий пальовий фундамент

Рис.1. Поперечний переріз стрічкового пальового фундаменту з подушкою під ростверком:

1 - стіна будівлі; 2 - стрічковий залізобетонний ростверк фундаменту;

3 - штучна подушка з сипучих матеріалів; 4 - залізобетонні палі

Крім зазначеного, подушка виконує ще декілька функцій, а саме:

- замінює ґрунти зі здимними властивостями при можливому промерзанні на матеріал, який не має таких властивостей;

- підвищує опір тої частини основи, на яку безпосередньо передається вертикальний тиск через підошву ростверка.

Частка вертикального навантаження, що передаватиметься через підошву ростверка, залежить в першу чергу від двох чинників, а саме: від величини сумісного переміщення ростверка і висячих паль, а також від фізико-механічних властивостей ґрунтів штучної основи.

Визначальним розрахунком системи “стрічковий пальовий фундамент з низьким ростверком, через підошву якого передається вертикальний тиск - основа” буде розрахунок методом деформацій. Нами запропонована така послідовність цього розрахунку [2,3]:

- призначають частку вертикального навантаження, безпечного для передачі через підошву ростверка;

- призначають матеріал для влаштування штучної подушки і за даними ітеративних розрахунків визначають її розміри;

- для кожного варіанта з різними розмірами подушки визначають осідання грунту штучної основи від передачі на неї тиску через підошву ростверка;

- приймають, що вертикальне переміщення взаємозв'язаних ростверка і паль буде однаковим;

- визначають опір можливих для застосування в кожному варіанті висячих паль при прийнятому переміщенні;

- знаходять потрібну відстань між осями паль з урахуванням унормованих вимог до цих відстаней;

- визначають з урахуванням можливого взаємовпливу паль осідання фундаменту, як сумісно працюючої конструктивної системи;

- обчислюють вартість влаштування кожного розглянутого варіанта фундаменту та його основи;

- вибирають серед розглянутих прийнятний варіант за визначеною вартістю при умові, що він забезпечує надійність сумісної роботи системи “основа - фундамент - будівля“.

Отже, кількість варіантів для вибору серед них оптимального при одному й тому же навантаженні та однакових ґрунтових умовах може бути значною і сягати декількох десятків. Тому розрахунки, як правило, виконують з використанням ПЕОМ. Блок-схема таких розрахунків для порівняння варіантів наведена на рис.2.

Результати досліджень. З використанням розробленої методики масово розраховувались можливі до застосування при заданих однотипних умовах варіанти стрічкових пальових фундаментів (традиційної конструкції та запропонованої з подушкою під стрічковим ростверком) і фундаментів неглибокого закладення на природній основі. Наведемо для прикладу у вигляді графіків деякі отримані результати розрахунків, які свідчать про перспективність застосування стрічкових фундаментів з подушкою під ростверком. Графіки складено за даними розрахунків стрічкових фундаментів при передачі на них вертикального навантаження від стін F=300 кН/м, що споруджуються на ділянках, де верхній шар грунту є суглинок м'якопластичний, який на глибині 4 м підстилається шаром дрібнозернистого піску. Вартість робіт та матеріалів і виробів прийнята за станом на березень 2003р. Як випливає з рис.3, в зазначених умовах найдорожчими є стрічкові однорядні пальові фундаменти традиційної конструкції, найдешевшими стрічкові фундаменти неглибокого закладення. Пальовий фундамент з подушкою під ростверком є проміжним за критерієм вартості між пальовим фундаментом і фундаментом неглибокого закладення, причому його вартість змінюється залежно від співвідношення тих частин навантаження, що передаються на ґрунт через ростверк (Ng) і через палі (Np).

При співвідношенні Ng/Np>0.67 вартість пальового фундаменту з подушкою під ростверком стає меншою за вартість інших варіантів.

Рис.2. Блок-схема розрахунків стрічкового пальового фундаменту та його основи для порівняння варіантів

Рис.3. Графіки відносної вартості стрічкових фундаментів залежно від їх конструктивного вирішення:

1 - для пальових фундаментів традиційної типової конструкцій;

2 - для пальових фундаментів з подушкою під ростверком;

3 - для фундаментів неглибокого закладення;

Ng - частина вертикального навантаження, що передається на ґрунти основи через підошву ростверка; Np - те ж, через палі

Крім того, важливо зазначити, що під дією вертикального навантаження F=300 кН/м осідання фундаменту неглибокого закладення складає 4,8 см у порівнянні з осіданням пальових фундаментів у межах 1,0…1,4 см. З викладеного випливає, що при належному конструктивному вирішенні стрічкові пальові фундаменти з подушкою під ростверком стають конкурентноздатними у порівнянні з іншими варіантами фундаментів традиційної конструкції.

З графіків, показаних на рис.4. видно, як змінюється відносна вартість варіантів фундаментів залежно від вертикального навантаження, що передається стіною. Найдорожчим при діючому на всьому інтервалі значень навантажень є пальові фундаменти традиційної типової конструкції (їх відносна вартість приймається за 100%). У порівнянні з цими фундаментами при навантаженні до 420 кН/м ефективними за вартістю є пальові фундаменти з подушкою під ростверком, при більшому навантаженні - фундаменти неглибокого закладення, бо тоді знижується співвідношення Ng/Np до 0,31, але дія такого значного навантаження спричиняє осідання фундаменту неглибокого закладення порядка 10 см і більше, що спонукає застосовувати і в даному разі пальові фундаменти.

Рис.4. Графік відносної вартості стрічкових фундаментів залежно від діючого на них вертикального навантаження:

1 - для пальових фундаментів традиційної типової конструкції;

2 - для пальових фундаментів з подушкою під ростверком;

3 - для фундаментів неглибокого закладення

Згадане співвідношення Ng/Np залежить у значній мірі від ширини підошви ростверка, тому доцільно простежити, як впливає збільшення ширини підошви ростверка з подушкою під ним на вартість пальових фундаментів. З графіків на рис.5 видно, що при збільшенні ширини підошви з 500 мм до 1000 мм здешевлюється вартість фундаментів на 34%.

Отже, щоб вибрати ресурсоекономний варіант стрічкового фундаменту під стіни, необхідно промоделювати особливості його взаємодії з ґрунтом, розглянути декілька можливих у даних умовах варіантів, порівняти їх за певним критерієм, для чого конче необхідне застосування сучасної електронно-обчислювальної техніки.

Рис.5. Графік залежності відносної вартості стрічкових пальових фундаментів з подушкою під ростверком, що має різну ширину підошви b

Висновки. 1. Стрічкові фундаменти під стіни можуть мати багато конструктивних рішень, зокрема у вигляді фундаментів неглибокого закладення, пальових фундаментів, у тому числі з подушкою під ростверком.

2. Кожне конструктивне рішення має певні переваги і недоліки та свою область раціонального застосування залежно від ґрунтових умов та діючого навантаження.

3. Для оптимізації конструктивних рішень стрічкових фундаментів за певними критеріями необхідно промоделювати особливості їх взаємодії з грунтами основи при діючому навантаженні, розглянути декілька варіантів, використовуючи при цьому ПЕОМ.

4. Стрічкові пальові фундаменти з подушкою під ростверком є проміжними за характером роботи між пальовими фундаментами традиційної конструкції та фундаментами неглибокого закладення на штучній основі.

5. Перевагою таких фундаментів є те, що вони передають вертикальне навантаження частково через підошву ростверка на ґрунти верхньої частини основи, а частково через палі на глибше залягаючи щільні ґрунти, тому їм властива невисока вартість та незначні деформації.

Література

1. Бартоломей А.А. Основы расчета ленточных свайных фундаментов по предельно допустимым осадкам. -М.: Стройиздат, 1982. - 223 с.

2. Козачок Л.Д., Рудь Ю.П. Ленточные свайные фундаменты с подушкой под ростверком //Труды V Международной конференции по проблемам свайного фундаментостроения. Том 3.- Тюмень, 1996. -С.75-80.

3. Козачок Л.Д., Фабрика Ю.М. Метод регулювання напружено-деформованого стану основ пальових фундаментів //Вісник Сумськ. НАУ. Науково-метод. журнал. Серія “Будівництво”, вип. 8. -Суми, 2002. -С.93-98.

4. Козачок Л.Д., Шмиг Р.А. Вибір ресурсоекономного варіанта при проектуванні стрічкових пальових фундаментів //Ресурсоекономні матеріали конструкції, будівлі та споруди. Ч.1. -Рівне, 1996. -С.5.

Размещено на Allbest.ru