С.А. Пьянков.
З.К. Азизов
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 270800.62 «Строительство» профиля подготовки «Промышленное и гражданское строительство»
Ульяновск 2014
УДК 32.001(075)
ББК 66.0 я7
П 87
Рецензенты: А.А.Шкляр, директор департамента профессионального образования и науки Министерства образования Ульяновской области; Ю. В. Иванов, гл. инженер ООО «Цитрин».
Утверждено редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия.
Пьянков, С. А., Азизов З.К.
П 87 Основания и фундаменты: учебное пособие / С. А. Пьянков, З.К. Азизов; Ульян. гос. техн. ун-т. – Ульяновск: УлГТУ, 2014. – 114 с.
ISBN 5-89146-700-0
Учебное пособие содержит материалы по дисциплине «Основания и фундаменты». Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270800.62 «Строительство» профиля подготовки «Промышленное и гражданское строительство», изучающих дисциплину «Основания и фундаменты».
УДК 32.001(075)
ББК 66.0 я7
Ó Пьянков С. А., Азизов З. К., 2014
ISBN 5-89146-700-0 Ó Оформление. УлГТУ, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………………….4
1. Общие положения проектирования оснований и фундаментов……...5
1.1 Общие принципы проектирования оснований и фундаментов………………………..5
1.2 Последовательность проектирования оснований и фундаментов………………….....6
1.3 Расчет оснований и фундаментов по предельным состояниям……………………….8
1.4. Общая оценка взаимодействия сооружений и оснований……………………………9
1.5. Материалы инженерно-геологических изысканий……………….………………….10
1.6. Выбор нормативных расчетных нагрузок и их сочетаний…………………………..11
1.7. Выбор типа и конструкции фундамента………………………………………………12
1.8. Вариантность решений……………………………………………………...………….13
2. Фундаменты, возводимые в открытых котлованах……………………....14
2.1. Конструкция фундаментов, их виды и порядок проектирования…………………..14
2.2. Выбор минимальной глубины заложения фундаментов…………………………….16
2.3. Предварительное назначение размеров подошвы фундаментов мелкого заложения…………………………………………………………………………………………………..20
2.4. Расчет фундаментов мелкого заложения……………………………………………..20
2.5. Определение расчетного сопротивления грунтов основания………………………..22
2.6. Учет подстилающего слоя слабого грунта……………………………………………25
2.7. Расчет размеров подошвы фундамента при наличии подвала………………………26
2.8. Расчет осадок фундаментов мелкого заложения методом послойного суммирования…………………………………………………………………………………………………..27
2.9. расчет оснований фундаментов мелкого заложения по несущей способности…….29
3. Свайные фундаменты, фундаменты глубокого заложения…………....35
3.1. Свайные фундаменты, общие положения………………………………………….....35
3.2. Классификация свай……………………………………………………………..……..38
3.3. Конструкции забивных железобетонных свай и опыт их применения…………......43
3.4. Новые типы фундаментных конструкций из свай……………………………………45
3.5. Расчет свайных фундаментов на прочность и трещиностойкость………………….49
3.6. Расчет свай по грунтовым условиям, общие положения…………………………….51
3.7. Исходные данные, последовательность расчета и проектирования……………………52
3.8. Определение глубины заложения ростверка………………………………………….53
3.9. Выбор типа свайного фундамента, выбор предварительных размеров сваи
и оценка условий ее работы в грунтовом массиве………………………..………………53
3.10. Определение несущей способности свай…………………………………………....54
3.11. Определение числа свай и размещение их в плане ростверка……………………..57
3.12. Расчет свайных фундаментов и их оснований по деформациям…………………..59
3.13. Явления, происходящие при погружении свай и при их изготовлении в грунте…60
3.14. Фундаменты глубокого заложения……………………………...………………..…62
4. Искусственное улучшение грунтов оснований…………………………….69
4.1 Искусственное улучшение грунтов оснований, общие положения………………….69
4.2. Конструктивные меры улучшения оснований………………………………………..71
4.3. Уплотнение грунтов оснований………………………………………………………..74
4.4. Закрепление грунтов оснований……………………………………………………….79
5. проектирование фундаментов в особых условиях…………………….....84
5.1. просадочные грунты…………………………………………………………………..84
5.2. Устойчивость грунтов оснований при динамических воздействиях……………….87
5.3. Фундаменты при динамических воздействиях от промышленного
и хозяйственного оборудования…………………………………….……………………...88
5.4. Фундаменты при сейсмических воздействиях……………………………………..…91
6. Обследование и усиление оснований и фундаментов.
Расчет фундаментов с использованием ЭВМ. …………………………….........94
6.1. Обследование оснований и фундаментов………………………………………….….94
6.2. Возможности увеличения нагрузок, передаваемых на фундаменты без их усиления…..................................................................................................................................................95
6.3. Методы усиления фундаментов и оснований………………………………………..97
6.4. Расчет фундаментов с использованием ЭВМ…………………………………….…103
Приложения А, Б………………………………………………………………..…..…107
Библиографический список……………………………………………….……113
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Основания и фундаменты» является частью группы дисциплин, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией зданий и сооружений, устройством подземных коммуникаций, прокладкой трубопроводов.
Во многих случаях на выполнение работ нулевого цикла, включающих устройство оснований и фундаментов, затрачивается больше времени, чем на возведение сборных надземных конструкций зданий. Кроме того, стоимость этих работ иногда составляет до 40 % от общей стоимости сооружений, поэтому их удешевление дает вполне ощутимый эффект.
Надежность оснований и фундаментов и удешевление работ по их устройству в значительной степени зависят от умения правильно оценить инженерно-геологические условия площадок строительства, свойства грунтов в основаниях и совместную работу этих грунтов с деформирующимися фундаментами и конструкциями сооружения, от рациональности выбранных типов оснований, от качества выполнения работ.
Механика грунтов изучает проблемы напряженно-деформированного состояния, прочности, деформативности и устойчивости грунтовых массивов и определяет условия их использования в качестве оснований объектов строительства.
На закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса, направлены практические работы и курсовое проектирование по курсу «Основания и фундаменты» [16, 17, 18, 19]. Их последовательность соответствует изложению важнейших вопросов дисциплины.
Настоящий курс является естественным продолжением курсов «Инженерная геология» и «Механика грунтов».
Общие положения проектирования оснований
И фундаментов.
Общие принципы проектирования оснований и фундаментов.
Основными принципами проектирования оснований и фундаментов являются:
1) проектирование оснований и фундаментов по предельным состояниям;
2) учет совместной работы системы основание – фундаменты – надземные несущие конструкции;
3) комплексный подход к оценке характера работы грунтов основания и выбора типа фундаментов в результате совместного рассмотрения:
а) инженерно-геологических и гидрогеологические условий площадки строительства; б) чувствительности конструкций сооружений к неравномерности осадок; в) способа выполнения земляных работ и работ по устройству фундаментов и подземных частей сооружения.
Совместные методы проектирования оснований, фундаментов и наземных конструкций практически не разработаны. Исключение составляют расчеты конструкций на упругом (сжимаемом) основании. Однако эти расчеты трудоемки и не позволяют учесть все особенности составной конструкции. Из-за отсутствия простых приемов совместного проектирования систему «основание – фундамент – наземная конструкция» рассматривают как состоящую из двух частей: «основание – фундамент» и «фундамент – наземная конструкция».
Проектирование части «основание – фундамент» ведется следующим образом. Применительно к инженерно-геологическим, природным и другим условиям строительной площадки и с учетом особенностей зданий и сооружений выбирают тип и предварительную конструкцию фундамента – фундамент в открытом котловане или глубокого заложения. Для фундаментов в открытых котлованах выбирают тип основания (естественное или искусственно улучшенное), а для фундаментов глубокого заложения – глубину погружения. Устанавливают условия залегания грунтов и определяют расчетные характеристики. Используя существующие расчетные схемы и формулы, применительно к выбранным типам оснований и фундаментов, определяют внешние размеры фундаментов, глубину их заложения, размеры и форму подошвы в плане, а затем и возможные их деформации. Значения деформаций сопоставляют с предельно допустимыми перемещениями конструкций проектируемых зданий и корректируют.
При проектировании части «фундамент – наземная конструкция» уточняются принятые размеры и конструкция фундамента. Фундамент рассчитывается как отдельный конструктивный элемент сооружения совместно с наземной конструкцией. Расчеты ведутся с учетом всех комбинаций нагружения и определяются наибольшие значения перемещений фундамента, которые сопоставляются с деформациями основания при тех же сочетаниях нагрузок. В процессе проектирования размеры и конструкции фундамента и наземной части сооружений могут быть откорректированы.
В итоге при проектировании последовательными расчетами надо добиться, чтобы деформации основания и перемещения фундамента были близки между собой и не превышали допустимые перемещения наземных конструкций.
Все это свидетельствует о сложности задачи проектирования оснований и фундаментов, поэтому рекомендуется разрабатывать несколько вариантов фундаментов и из них выбирать наиболее рациональное решение на основе технико-экономического сравнения. Такое решение обычно выбирают при проектировании наиболее загруженных, типичных для данного сооружения фундаментов. Затем производят расчет основания для каждого отдельного фундамента с целью определения его оптимальных размеров. Расчеты должны подтвердить, что осадки и их неравномерности не превосходят предельно допустимых величин для данного вида сооружений, грунты в основании и фундамент устойчивы, фундамент обладает требуемой прочностью.
Проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских сооружений производят в соответствии со СНиПами (Строительные нормы и правила) и СП (Своды правил). Кроме того, учитывают требования норм, технические указания и инструкции, разработанные для региональных грунтовых условий.
Расчет конструкции фундамента выполняют в зависимости от применяемого материала по первому предельному состоянию на прочность всех работающих элементов. Железобетонные фундаменты, подвергаемые воздействию агрессивных подземных и производственных вод, проверяют на трещиностойкость.
Основное внимание при проектировании оснований уделяется выбору глубины заложения и размеров подошвы фундаментов. Эти размеры фундаментов принимают, исходя из выполнения условий, согласно которым деформации не должны превышать предельных величин.