Последовательность проектирования оснований и фундаментов

Проектирование оснований и фундаментов включает ряд операций, которые обычно выполняются в указанной ниже последовательности.

1. Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства. Состав этих данных определяется соответствующи­ми нормами и инструкциями и рассматривается в курсе инженерной геологии. От качества и полноты материалов изысканий во многом зависят надежность и экономичность принимаемых в проекте реше­ний оснований и фундаментов.

В общем случае результаты изысканий должны содержать сведе­ния о местоположении территории строительства, ее климатических и сейсмических условиях, инженерно-геологическом строении и литологическом составе толщи грунтов, наблюдаемых неблагоприят­ных факторах (наличие просадочности грунтов, карста, оползневых процессов, горных выработок и т. п.). Особое внимание уделяется сведениям о наличии в горизонтах подземных вод, колебаниях их уровней, агрессивности по отношению к материалам фундаментов и подземных частей зданий.

Результаты детальных исследований, проводимых на площадке строительства, должны содержать сведения о стратиграфической последовательности напластования грунтов, формах залегания, раз­мерах в плане и по глубине, происхождении, составе и состоянии всех инженерно-геологических элементов, о подземных водах. Дан­ные представляются в виде инженерно-геологических колонок по отдельным выработкам (скважинам, шурфам и т. д.) и разрезов, построенных по этим выработкам, а также соответствующих тек­стовых материалов и таблиц. На инженерно-геологических доку­ментах обязательно приводятся места отбора проб для лаборатор­ных определений характеристик физико-механических свойств грун­тов, пункты проведения полевых опытов, включая статическое и ди­намическое зондирование.

Количество выработок, назначаемых для изысканий, определя­ется сложностью инженерно-геологических условий площадки и чу­вствительностью проектируемого сооружения к неравномерным осадкам. Так, для инженерно-геологических условий III категории сложности минимальное число выработок в пределах контура со­оружения составляет 3...5, а максимальное расстояние между ними – 20...30 м. Глубина выработок должна не менее чем на 1...2 м. превышать нижнюю границу сжимаемой толщи основания, а в случае слабых грунтов полностью прорезать их толщу.

Результаты изысканий должны содержать все необходимые данные о физико-механических свойствах грунтов основания, сведения о методах их определения, прогноз возможных изменений показа­телей этих свойств. В особо сложных инженерно-геологических условиях и для сооружений повышенной ответственности требуется проводить исследования грунтов по специальной программе.

2. Анализ проектируемого здания и сооружения. В соответствии с заданием на проектирование определяются плановые и высотные размеры сооружения, устанавливаются его конструктивная и рас­четная схемы, материалы элементов конструкций, способы передачи нагрузок на основание. Исходя из конструктивных и эксплуатацион­но-технологических требований определяется чувствительность со­оружения или отдельных его частей к неравномерным осадкам, назначаются предельные значения деформаций основания.

Важным этапом является определение нагрузок, действующих на сооружение (ветровых, снеговых, особых и т. п.), а также нагру­зок от несущих конструкций сооружения, перекрытий, различного рода оборудования и эксплуатационных условий, передающихся на фундаменты. Равнодействующие всех нагрузок в зависимости от расчетной схемы сооружения прикладываются в уровне верхнего обреза или подошвы фундамента.

Следует обращать внимание на возможное влияние технологи­ческих процессов в проектируемых сооружениях на изменение физи­ко-механических свойств грунтов основания. Необходимо, особенно при строительстве на слабых грунтах, принимать во внимание взаимодействие проектируемого сооружения с окружающей средой (соседние здания и сооружения, установки и оборудование в проек­тируемом сооружении, прокладка коммуникаций, сохранность при­легающей территории, дорог и т. п.).

3. Выбор типа основания и конструкций фундаментов. Имея приведенные выше данные, осуществляют привязку проектируемо­го сооружения к строительной площадке, т. е. совмещение осей сооружения с инженерно-геологическими разрезами и выбор глуби­ны заложения подошвы фундаментов. С этого, собственно, и начи­нается проектирование оснований и фундаментов.

Уже на этой стадии проектирования следует стремиться так разместить сооружение на площади застройки, чтобы по возмож­ности избежать влияния на сооружение источников вредных воздей­ствий: линз слабых грунтов, карстовых полостей, старых горных выработок, посторонних коммуникаций и т. п.

Важно отметить, что при всем разнообразии природно-климати­ческих и инженерно-геологических условий площадок строительства на территории нашей страны, многообразии конструкций различ­ных зданий и сооружений в массовом строительстве обычно приме­няются два класса фундаментов: мелкого заложения и свайные фундаменты. Более сложные конструкции (сваи-оболочки, опускные колодцы, кессоны и т. д.) используются для специальных сооруже­ний или в сложных инженерно-геологических условиях.

Конечно, и в массовом строительстве в каждом конкретном случае имеется большое количество различных вариантов решений, позволяющих проявить искусство проектировщика. Основные поло­жения такого подхода будут рассмотрены в соответствующих гла­вах учебного пособия. Здесь же ограничимся лишь общими соображениями.

Обычно уже сама схема сооружения (каркасное, бескаркасное, многоэтажное, одноэтажное, наличие или отсутствие подвальных помещений и т. д.), а также величина и характер нагрузок, передава­емых на основание (моментные, безмоментные и т. п.), в совокуп­ности с данными об основании (характер залегания, несущая спосо­бность, деформируемость грунтов, наличие и уровень залегания подземных вод и т. д.) позволяют наметить несколько вариантов конструкций фундаментов, наиболее подходящих для конкретных условий строительства. В случае применения фундаментов мелкого заложения иногда рассматриваются альтернативные варианты ис­пользования основания без проведения дополнительных работ по его укреплению (естественное основание) или с проведением таких работ (искусственное основание). Следует также учитывать матери­ально-технические возможности индустриальной базы района стро­ительства (наличие и мощности заводов железобетонных изделий при проектировании сборных фундаментов и забивных свай; бес­перебойная поставка бетона для монолитных фундаментов; обес­печенность транспортным, сваебойным оборудованием и т. п.), дальность перевозок строительных материалов, а также производ­ственный опыт строящей организации.

Заканчивается этот этап выбором типа основания и нескольких (обычно не менее трех) конструктивных типов фундаментов проектируемого сооружения, намеченных для дальнейшего, более деталь­ного анализа. Поскольку в качестве проектного решения будет принят один из этих вариантов, значение рассматриваемого этапа в общей цепочке проектирования очень велико.

4. Расчеты оснований по предельным состояниям, технико-эко­номический анализ вариантов и принятие окончательного решения. Для одного или нескольких сечений сооружения в зависимости от его конфигурации, нагрузок, сложности напластования грунтов про­водятся расчеты выбранных вариантов фундаментов по предель­ным состояниям. Определяются окончательные размеры фундамен­тов в плане, количество и расположение свай, проектируются фун­даменты для каждого варианта. Оцениваются все виды работ по возведению фундаментов и, если нужно, по устройству искусствен­ных оснований и других мероприятий, направленных на уменьше­ние неравномерных деформаций основания. Проводится технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов и по миниму­му приведенных затрат устанавливается оптимальное проектное решение.

В отдельных случаях, при соответствующем технико-экономи­ческом обосновании, может быть принято и более дорогое решение, если это обеспечивает ускорение ввода объекта в действие и получе­ние за счет этого дополнительных прибылей.