Проектирование оснований, фундаментов и надфундаментных конструкций

В качестве учебного пособия

Ярославль 2008

УДК	624.15
ББК
	К

К	А.Л. Балушкин, Г.Н. Голубь, С.М. Милонов, С.А. Тумаков Проектирование оснований фундаментов мелкого заложения: Учебное пособие. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ, 2008. – 114 с. ISBN

Приведены сведения по классификации грунтов. Изложена теория напряженно-деформированного состояния грунтовых оснований. Рассмотрены методы и способы расчета по первой и второй группам предельных состояний оснований сооружений на автомобильных дорогах и фундаментов опор мостов. Содержатся данные по проектированию фундаментов мелкого заложения и свайных фундаментов.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство» специальность 270102 "Промышленное и гражданское строительство" при выполнении учебных и исследовательских работ.

Ил. 26. Табл. 45. Библиогр. 5.

УУДК 642.15

БББК

Рецензенты: кафедра ; В.П.Фатиев .

ISBN	© Ярославский государственный технический университет, 2008

Введение

Курс «Основания и фундаменты» – это прикладная дисциплина, освещающая проблемы проектирования и возведения фундаментов и грунтовых сооружений в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.

Настоящее учебное пособие затрагивает отдельные вопросы расчета и проектирования оснований и фундаментов, а именно – методы и способы расчета по первой и второй группам предельных состояний оснований фундаментов мелкого заложения промышленных и гражданских зданий и сооружений.

Проектирование оснований и фундаментов состоит из двух взаимосвязанных основных составляющих:

1 – определение габаритов фундаментов из возможностей грунтового основания воспринимать действующую на него нагрузку;

2 – собственно проектирование конструкции фундамента.

Первая составляющая, являющаяся предметом настоящего пособия, называется проектированием оснований фундаментов. В результате проектирования оснований фундаментов подбираются тип, конструкция, основные размеры фундамента и нагрузки на фундамент со стороны грунта из совместного расчета основания и сооружения.

Вторая составляющая является предметом изучения в дисциплинах «Железобетонные и каменные конструкции» и др.

Необходимость устройства фундаментов диктуется следующими факторами.

Грунты, за исключением скальных или крупнообломочных грунтов, имеют малую несущую способность относительно прочности материалов надфундаментных конструкций и самих фундаментов. Фундамент предназначен для распределения нагрузки по большей площади грунта.

Верхние слои грунта, как правило, обладают меньшей прочностью и большей деформативностью по сравнению с нижними слоями грунтов. Кроме того, прослои или линзы слабых грунтов, таких как заилованные или заторфованные грунты, в основаниях могут встречаться на некоторой глубине. Фундамент предназначен для «прорезания» слабых грунтов и передачи нагрузки на нижние более прочные слои грунта.

На грунты основания от сооружения могут передаваться нагрузки различного вида и характера, например сдвигающие нагрузки. В случае опирания элементов сооружения без заглубления непосредственно на поверхность, пусть даже очень прочного, грунта, сил трения по площадке контакта сооружения с грунтом может оказаться недостаточно для уравновешивания сдвигающих сил. Фундамент предназначен для передачи сдвигающей нагрузки на расположенный у боковой поверхности фундамента грунт.

Некоторые виды грунта, так называемые пучинистые грунты, при замерзании способны увеличиваться в объеме. Если сооружение поставить непосредственно на такой грунт, то по площадке опирания от сил морозного пучения могут возникать направленные вверх давления, достигающие уровня (размера) 6 МПа и более. В силу ряда обстоятельств давления от сооружения на грунт ограничены и по размеру они на порядок меньше указанных. Вследствие этого сооружение или отдельные его элементы при замерзании пучинистых грунтов будут подниматься, а при оттаивании - опускаться. Фундамент предназначен для «прорезания» пучинистых грунтов и, тем самым, исключения воздействия нормальных сил пучения по подошве фундамента и уменьшения, вызванных силами морозного пучения, деформаций надфундаментных конструкций.

Общие положения

1.1. Основные понятия и определения

Основания – это ограниченные по глубине и прости­ранию напластования грунтов, на которых возводят сооруже­ния и которые от собственного веса, приложенных к ним нагру­зок и других воздействий претерпевают вертикальные и горизонтальные перемещения. Ос­нования делятся на естественные и искусственно улучшенные. Пер­вые используют в условиях природного залегания или после незначительной подготовки, а вторые предварительно улучшают различными способами.

Основание, состоящее из одного слоя грунта, называ­ют однородным, а из нескольких пластов – слоистым.

Слой, на котором возводят фундамент, называют несу­щим, а слои, расположенные ниже, – подстилающими.

Фундамент – это заглубленная конструкция, предназначенная для передачи нагрузки от сооружения на грунты основания.

Подошва фундамента – это нижняя плоскость фундамента, которая непосредственно опирается на основание и передает силовые воздействия на грунт.

Обрез фундамента – это верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания, т.е., в некотором смысле, граница между конструкцией фундамента и надфундаментной конструкцией. У многих фундаментов, например, у отдельно стоящих железобетонных фундаментов под металлические или сборные железобетонные колонны, положение обреза фундамента очевидно – обрезом фундамента является верх подколонника. Для некоторых фундаментов обрез фундамента не имеет четко выраженного расположения. Например, кирпичные фундаменты для кирпичных стен здания. В этих случаях проектировщик на время выполнения всех расчетов, и фундаментов и надфундаментных конструкций, сам назначает положение обреза и выполняет расчеты в соответствие с принятой расчетной схемой. Так для фундамента под кирпичные стены здания можно за обрез принять отметку размещения слоя горизонтальной гидроизоляции, также можно за обрез принять границу между бетонными блоками или отметку опирания на стены подвала перекрытия подвала и т.п.

Глубина заложения фундамента d - это расстояние от поверхности грунта или пола подвала до подошвы фундамента.

Подошва фундамента должна опираться на достаточно прочные слои грунта, обеспечивающие восприятие нагрузки от фундамента и долговременную эксплуатационную надежность сооружения.

Не рекомендуется опирать фундаменты на свеженасыпные, илистые и заторфованные грунты, рыхлые пески, текучие и текучепластиные глинистые грунты и грунты, содержащие растительные остатки.

Для надежной передачи нагрузки на основание фундамент заглубляют в несущий слой грунта не менее чем на 10-20 см.

Обычно наименьшая глубина заложения ленточного фундамента бесподвальных многоэтажных зданий составляет 1,0 м, а отдельно стоящего под колонны промышленных каркасных зданий - 1,5 м.

В зданиях с подвалами расстояние от пола подвала до подошвы фундамента должно составлять не менее 0,5 м.

Инженерные изыскания

Основания и фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом результатов инженерных изысканий для строительства производимых в соответствии с требованиями СНиП 11-02 «Инженерные изыскания для строительства», СП 11-102 «Инженерно-экологические изыскания для строительства», СП 11-104 «Инженерно-геодезические изыскания для строительства», СП 11-105 «Инженерно-геологические изыскания для строительства».

Основные понятия о грунтах

Грунтом являются любые горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему, изменяющуюся во времени, и являющиеся объек­том инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) материалом оснований зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

Грунт скальный – грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких мине­ралов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.

Грунт полускальный – грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа.

Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (R_c ³ 5 МПа – скальные грунты, R_c < 5 МПа – полускальные грунты).

Грунт дисперсный – грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения. Крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты являются дисперсными грунтами.

Структура грунта – пространственная организация компонентов грунта, характе­ризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количествен­ное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных эле­ментов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия струк­туры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействи­ем компонентов грунта.

Текстура грунта – пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др).

В общем случае грунт состоит из твердых, жидких и газовых компонентов. Состав грунта вещественный – категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов.

Твердая компонента в дисперсном грунте представлена минеральным и органическим веществами.

Минеральное вещество состоит из первичных минералов, которые перешли в состав грунта из материнской породы, и вторичных минералов, образовавшихся уже после образования грунта в результате последующих физико-химических процессов. Первичные минералы представляют собой обломки кварца, полевых шпатов, карбонатов, чешуйки слюд и т.п., вторичные – глинистые минералы (каолиниты, монтмориллониты, гидрослюды), окислы и гидраты окислов железа, алюминия, кремния и др.

Органическое вещество – органические соединения, входящие в состав грунта в виде неразложившихся остатков растительных и животных организмов, а также про­дуктов их разложения и преобразования.

Грунт глинистый – связный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 0,005 мм (глинистых частиц) составляет более 3 %, обладающий числом пластичности I_p ³ 1.

Песок – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (I_p = 0).

Грунт крупнообломочный – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.

Ил – водонасыщенный современный осадок преимущественно морских аквато­рий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е ³ 0,9, текучую консистенцию I_L > 1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30–50 % по массе.

Сапропель – пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10 % (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. Сапропель имеет коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию I_L > 1, высо­кую дисперсность – содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе.

Торф – органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмира­ния и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических ве­ществ.

Грунт заторфованный – песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.

Почва – поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.

Грунт набухающий – грунт, который при замачивании водой или другой жид­костью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) e_sw ³ 0,04. Относительная деформация набухания без нагрузки e_sw, д. е. – отношение увеличе­ния высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности.

Грунт пучинистый – дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения e_fn ³ 0,01. Степень морозной пучинистости – характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пуче­ния e_fn, д. е., которая определяется по формуле

(2)

где h_0,f – высота образца мерзлого грунта, см;

h₀ – начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Условное изображение грунтов на чертежах показано в таблице 1.

Таблица 1 Условные графические обозначения основных видов грунтов на инженерно-геологических разрезах

Наименование	Обозначение
Валуны
Галька
Глина
Гравий
Известняк
Ил
Лесс (лессовидные суглинок, глина)
Пылеватые глинистые несцементированные грунты, закрепленные разными способами
Песок гравелистый
Песок крупный
Песок мелкий
Песок пылеватый
Песок средний
Слой почвенно-растительный
Щебень (щебенистый грунт)
Песчаные несцементированные грунты, закрепленные разными способами
Насыпные с включением отходов
Суглинок
Уплотненные в природном состоянии
Супесь

Теоретические исследования.

Если обозначить среднее давление на подошву абсолютно жесткого круглого фундамента (рисунок 4) через р_т,то давление в лю­бой точке подошвы будет равно [13]

,

(18)

где r — радиус подошвы круглого жесткого фундамента;

r — расстояние от центра круглой подошвы до любой точки на граничной плоскости (при r < r).

Приведенное решение показывает, что к краям жесткого фундамента давления увеличиваются и по периметру достигают бесконечно большой величины. Последнее обстоятельство не может быть в действительности, так как величина напряже­ний ограничена «пределом текучести» материала массива. По периметру жесткого фундамента возникнут остаточные пласти­ческие деформации, и давления будут значительно меньше теоретических.

На рисунке 4 приведены теоретическая кривая (пунктир) рас­пределения давлений под жестким круглым фундаментом и кривая (сплошная), ограниченная пределом «текучести» грунта для того же фундамента.

Если жесткий цилиндрический фундамент нагружен силой Р, приложенной с эксцен­трицитетом е, то, согласно решению, полученному К. Е. Егоро­вым, величина давлений под подошвой фундамента определяется по формуле [14]

,

(19)

где Р — нагрузка на весь фундамент;

r — радиус подошвы фундамента;

х, у — координаты рассматриваемой точки.

Распределение давлений по подошве ленточного абсолютно жесткого фундамента определяется выражением [14]

,

(20)

где р_т — среднее давление на единицу площади подошвы фундамента;

у — расстояние по горизонтали от середины фундамента до рассматриваемой точки;

b₁— полуширина фундамента.

Очевидно, что и в обоих последних случаях к краям жесткого фундамента давления увеличиваются и достигают беспредельно большой величины.

Метод угловых точек

Формула (27) используется для определения вертикальных нормальных напряжений s_zр в любой точке грунтового массива от действия равномерно распределенного давления приложенного по прямоугольной площади.

Кроме этого, если произвольную площадь загружения, например, таврового вида, можно разбить на отдельные прямоугольные площади, то по формуле (27) возможно определить вертикальные нормальные напряжения s_zр в любой точке грунтового массива и для такой произвольной площади загружения.

Рассмотрим в качестве примера определение вертикальных нормальных напряжений s_zр в точке М от равномерно распределенного давления по прямоугольной площади (рисунок 10).

Прямоугольную площадь abcd разбиваем на четыре прямоугольные площади так, чтобы точка М была угловой для каждой из них. Тогда вертикальные нормальные напряжения s_zр в точке М можно найти суммированием напряжений под угловыми точками четырех площадей загружения

szp = szp,сI +szp,сII +szp,сIII +szp,сIV = = 0,25(aI+ aII+ aIII+ aIV) p,

(27)

где a_I, a_II, a_III, a_IV– коэффициенты, принимаемые по таблице 17 в зависимости от отношения сторон площадей загружения I, II, III, IV и отношения z (глубины расположения точки М) к ширине каждой из этих площадей.

Представленный способ вычисления напряжений называется методом угловых точек.

Следует отметить, что результат вычислений напряжений по методу угловых точек должен быть положительным по знаку. Это следует из основной формулы (23) вычисления напряжений s_z от действия сосредоточенной силы. Конечный результат вычисления напряжений от давлений, приложенных по произвольной площади, определяется суммированием положительных напряжений от сосредоточенных сил, приложенных к элементарным площадкам, на которые разбита исходная площадь.

Пример 1.

Определить методом угловых точек напряжение в точке М, расположенной в толще грунта на глубине 2 м, от давления р = 200 кПа (рисунок 11).

Решение. Заменяем заданную прямоугольную площадь четырьмя прямоугольными площадями I, II, III, IV (рисунок 11). По I и IV площадям напряжения вычисляем с положительным знаком, по II и III – с отрицательным.

Напряжение в точке М вычисляем по формуле (27)

Прямоугольная площадь I:

b = l = 4,8 м, h = 4,8 /4,8 = 1, x = z / b = 2 / 4,8 = 0,42, по таблице 17 находим a_I = 0,952,

0,952·200 / 4 = 47,6 кПа.

Прямоугольная площадь II:

b = 2 м, l = 4,8 м, h = 4,8 /2 = 2,4, x = z / b = 2 / 2 = 1, по таблице 17 находим a _II = 0,808

-0,808·200 / 4 = -40,4 кПа.

Прямоугольная площадь III:

b = 2 м, l = 4,8 м, h = 4,8 /2 = 2,4, x = z / b = 2 / 2 = 1, по таблице 17 находим a_III = 0,808

-0,808·200 / 4 = -40,4 кПа.

Прямоугольная площадь IV:

b = l = 2 м, h = 2 /2 = 1, x = z / b = 2 / 2 = 1,

по таблице 17 находим a_IV = 0,703

0,703·200 / 4 = 35,2 кПа.

В итоге получаем 47,6 - 40,4 - 40,4 + 35,2 = 2 кПа.

Деформации оснований

Деформации основания подразделяются на:

­ осадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием внешних нагрузок и в отдельных случаях собственного веса грунта, не сопровождающиеся коренным изменением его структуры;

­ просадки - деформации, происходящие в результате уплотнения грунта под воздействием как внешних нагрузок и собственного веса грунта, так и дополнительных факторов, таких, как, например, замачивание просадочного грунта, оттаивание ледовых прослоек в замерзшем грунте и т.п.;

­ подъемы и осадки - деформации, связанные с изменением объема некоторых грунтов при изменении их влажности или воздействии химических веществ (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта);

­ оседания - деформации земной поверхности, вызываемые разработкой полезных ископаемых, изменением гидрогеологических условий, понижением уровня подземных вод, карстово-суффозионными процессами и т.п.;

­ горизонтальные перемещения - деформации, связанные с действием горизонтальных нагрузок на основание (фундаменты распорных систем, подпорные стены и т.д.) или со значительными вертикальными перемещениями поверхности при оседаниях, просадках грунтов от собственного веса и т.п.;

­ провалы - деформации земной поверхности с нарушением сплошности грунтов, образующиеся вследствие обрушения толщи грунтов над карстовыми полостями или горными выработками.

Деформация основания в зависимости от причин возникновения подразделяются на два вида:

­ первый - деформации от внешней нагрузки на основание (осадки, просадки, горизонтальные перемещения);

­ второй - деформации, не связанные с внешней нагрузкой на основание и проявляющиеся в виде вертикальных и горизонтальных перемещений поверхности основания (оседания, просадки грунтов от собственного веса, подъемы и т.п.).

Расчет оснований по деформациям должен производиться из условия совместной работы сооружения и основания. Совместная деформация основания и сооружения может характеризоваться:

­ абсолютной осадкой основания s отдельного фундамента;

­ средней осадкой основания сооружения ;

­ относительной неравномерностью осадок двух фундаментов Ds/L;

­ креном фундамента (сооружения) i;

­ относительным прогибом или выгибом f/L;

­ кривизной изгибаемого участка сооружения 1/r;

­ относительным углом закручивания сооружения J;

­ горизонтальным перемещением фундамента (сооружения) u.

Расчет деформаций основания выполняется, с применением одной из двух расчетных схем основания:

­ линейно-деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи H_c (см. п. 4.2);

­ линейно-деформируемого слоя (см. п. 4.3), если выполняется одно из условий:

а) в пределах сжимаемой толщи основания H_c, определенной как для линейно деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации E₁ ³ 100 МПа и толщиной h₁, удовлетворяющей условию

,

(30)

где Е₂ - модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации Е₁;

б) ширина (диаметр) фундамента b ³ 10 м и модуль деформации грунтов основания E ³ 10 МПа.

На текущий момент в нормативной литературе по проектированию оснований фундаментов единственным методом расчета осадок фундаментов (за исключением свайных фундаментов) является метод в основе которого лежит схема линейно-деформируемого полупространства [4]. В учебных целях в пособии представлен и второй метод расчета осадок.

Классификация фундаментов

Фундаменты классифицируют по нескольким параметрам.

Классификация по материалу. По материалу, из которого изготовлен фундамент, различают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные и металлические фундаменты.

Классификация по глубине заложения. Выделяют фундаменты мелкого заложения, фундаменты средней глубины заложения и фундаменты глубокого заложения. Фундаменты мелкого заложения, как правило, изготавливают в предварительно отрытых на всю глубину заложения котлованах. Форма потери несущей способности грунтового основания фундамента мелкого заложения показана на рисунке 2. Строго фиксированного размера глубины заложения, до которого фундамент считается фундаментом мелкого заложения, нет. Для фундаментов производственных, общественных и жилых зданий фундаментами мелкого заложения считаются фундаменты с глубиной заложения до 3 - 4 м. Фундаменты, изготовленные из одного или нескольких «длинных» элементов погруженных в грунт для передачи нагрузки от сооружения на глубоко расположенные слои грунтов и, как правило, объединенных сверху единой конструкцией, называются свайными фундаментами. Свайные фундаменты по глубине заложения могут быть глубокого заложения и средней глубины заложения.

Классификация по способу изготовления. Различают фундаменты, изготавливаемые непосредственно на строительной площадке, например каменные и монолитные фундаменты, и фундаменты, устраиваемые на строительной площадке из готовых элементов. Кроме того, различают фундаменты, устраиваемые в предварительно отрытых котлованах на всю глубину заложения и фундаменты, устраиваемые без отрывки или с отрывкой котлованов не на всю глубину заложения.

Классификация по типу основания. Подразделяют фундаменты на естественном и искусственно улучшенном основаниях.

Классификация по конструктивным особенностям. Классифицируют отдельно стоящие, ленточные и плитные фундаменты.

Классификация по характеру работы. Выделяют жесткие фундаменты – фундаменты, в элементах которых изгибающие силовые факторы малы, и гибкие фундаменты – фундаменты, в элементах которых возникают значительные изгибающие моменты.

Оценка грунтовых условий

Вопрос об определении несущего слоя грунта, будь то свайный фундамент или фундамент мелкого заложения, является одним из самых важных при выборе типа фундамента и назначении его глубины заложения. Несущим слоем грунта является слой, на который непосредственно опирается подошва фундамента или, в случае свайных фундаментов, до которого доводятся острия свай. Фундаменты следует, по возможности, опирать на надежные (малосжимаемые) грунты. Оценка свойств грунтов производится на основании анализа материалов инженерно-геологических изысканий, которые выполняются специализированными организациями. Грунты по возможности их использования в качестве несущего слоя фундаментов подразделяются на три группы: надежные грунты, слабые грунты и грунты, занимающие промежуточное положение между слабыми и надежными грунтами.

К категории слабых грунтов, которые не могут служить естественными основаниями фундаментов сооружений, относятся сильносжимаемые грунты с модулем деформации E < 5 МПа и структурно неустойчивые грунты, в том числе: неслежавшиеся насыпные грунты, илы, торфы и заторфованные грунты, рыхлые пески, текучие и текучепластичные глинистые грунты, лессовые просадочные и вечномерзлые грунты.

К надежным грунтам относятся: скальные и крупнообломочные грунты, пески плотные и средней плотности, глинистые грунты твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции.

Слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, называются основанием фундамента. Основание фундамента воспринимает на себя нагрузки, передаваемые фундаментом от надфундаментных конструкций, обеспечивает устойчивость и обуславливает деформации как фундамента, так всего сооружения в целом.

Оценку свойств грунтов производят послойно, сверху вниз, по геологическим разрезам, устанавливая характеристики каждого слоя грунта и определяя его возможность быть использованным в качестве несущего слоя. Слои грунта, имеющие близкие значения характеристик физического состояния и сжимаемости, объединяются в так называемые свиты, которые при выборе несущего слоя грунта и типа фундамента рассматриваются как однородные.

При всем многообразии грунтовых условий с некоторыми допущениями можно выделить три характерные схемы, показанные на рисунке 19.

Схема 1. С поверхности на большую глубину залегают надежные грунты. Толща их может состоять из нескольких слоев. Строительные качества грунтов всех подстилающих слоев не ниже качества грунтов верхнего слоя толщи.

Схема II. С поверхности на некоторую глубину залегают один или несколько пластов слабых грунтов, ниже которых рас­полагается толща надежных грунтов.

Схема III. На некоторой глубине слоистой толщи залегает один или несколько пластов слабых грунтов.

На основании оценки свойств отдельных слоев грунта и грунтового основания в целом делается вывод о возможности использования грунтов в качестве несущего слоя в естественном состоянии, определяется необходимость улучшения строительных свойств грунта, назначаются возможные варианты фундаментов.

Выбор типа фундамента

Выбор типа фундамента для любого сооружения производится на основании технико-экономического сравнения различных вариантов фундаментов. При этом обязательно учитываются месторасположение строительства и особенности строительной площадки, механовооруженность и опыт фундаментных работ строительной организации, состояние базы строительства, транспортные условия и т.п. Каждый вариант из сравниваемых фундаментов должен обеспечивать надежное эксплуатационное состояние, как самого себя, так и всех надфундаментных конструкций, т.е. с точки зрения эксплуатационных качеств, сравниваемые фундаменты должны быть равноценны.

Варианты фундаментов разрабатываются исходя из инженерно-геологических и инженерно-гидрологических условий площадки строительства, конструктивных особенностей сооружения, характера и величины нагрузок, действующих на фундаменты.

Для грунтовых условий, показанных на рисунке 19, возможны следующие варианты фундаментов.

Схема I (рисунок 20) – наиболее предпочтительными являются фундаменты мелкого заложения (ФМЗ) и средней глубины заложения, устраиваемые в предварительно отрытых котлованах. Фундаменты глубокого заложения, в том числе и свайные фундаменты, по данной схеме могут быть применены в случае действия на них значительных сосредоточенных нагрузок, например, передаваемых опорами мостов больших пролетов, когда использование фундаментов мелкого заложения приведет к сильному раз

витию размеров их подошвы.

Схема II (рисунок 21) – устройство фундамента мелкого заложения с расположением подошвы в верхнем слое является не рациональным, поскольку такие фундаменты получаются с большими размерами в плане, а в ряде случаев и вообще невозможным. Фундаменты мелкого заложения допускается устраивать только после улучшения свойств слабых верхних грунтов. Более выигрышными для таких грунтовых условий являются фундаменты глубокого заложения и средней глубины заложения, в том числе свайные, с доведением подошвы до прочного надежного грунта.

Схема III (рисунок 22) – самым надежным вариантом будут фундаменты глубокого заложения, в том числе свайные, с прорезкой слоя слабого грунта и доведением подошвы до нижнего прочного надежного слоя грунта. Возможен вариант фундаментов мелкого заложения с расположением подошвы в верхнем надежном грунте. В этом случае обязательна проверка прочности слабого подстилающего слоя грунта. Также фундаменты мелкого заложения и средней глубины заложения могут быть применены после улучшения свойств слабого слоя грунта.

Пример 5.Оценить свойства грунтового основания, инженерно-геологический разрез которого приведен на рисунке 23, и определить возможные варианты фундаментов.

Характеристики грунтов приведены в таблице 24.

Таблица 24

№ инженерно-геологического элемента
Наименование грунта	Супесь	Песок пылеватый	Суглинок
Наименование характеристик
Влажность природная, w, д.е.	0,160	0,224	0,256
Влажность на границе текучести, wL, д.е.	0,192	-	0,370
Влажность на границе раскатывания, wP, д.е.	0,146	-	0,229
Удельный вес частиц грунта, gs, кН/м3	26,9	26,6	27,1
Модуль деформации, Е, МПа	9,0	14,0	18,0
Коэффициент фильтрации, Кф, м/сут	0,01	0,7	0,0004
Относительная деформация набухания, esw, д.е.	0,01	-	0,02
Удельный вес, g, кН/м3:
при доверительной вероятности a = 0,95 (1 гр. предельных сос