Общие принципы выбора оснований и фундаментов
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова"
КафедраПортов, строительного производства, оснований и фундаментов
ЛЕКЦИЯ 1-2
ВВЕДЕНИЕ. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ.
По дисциплине ОСНОВАНИЯ и ФУНДАМЕНТЫ
Специальность 270104.65Гидротехническое строительство
(код ОКСО) (наименование)
Санкт-Петербург
Учебные вопросы.
1. Основные понятия и терминология.Общие принципы выбора оснований и фундаментов.
2. Технологические схемы возведения подземной части зданий на естественном основании.
Время 2часа.
Литература.
Основная:
1. Далматов Б.И., Бронин В.Н., Карлов В.Д. и др. Основания и фундаменты. Часть 2. Основы геотехники. М.-СПб.: издательство АСВ, 2002. – 392 с.
Дополнительная:
2. Костерин Э.В. Основания и фундаменты. М.: Высшая школа,1990. – 431 с.
3. Кириллов В.М., Механика грунтов, основания и фундаменты. Методические указания по выполнению лабораторных работ. СПб.: СПГУВК, 1998. – 40 с.
4. Кириллов В.М., Иванов А.В. Основания и фундаменты: Методические указания по выполнению курсового проекта. – СПб.: СПГУВК, 2007. – 38 с.
5. Кириллов В.М. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине “Основания и фундаменты”. – Л., 1982.
6. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. п.п 2.25-2.33 Глубина заложения фундаментов.
7. СП-50-101 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. п.12.2 Глубина заложения фундаментов.
8. ТСН 50-302-2004 ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ
ВВЕДЕНИЕ
Курс «Основания и фундаменты», входящий в комплекс дисциплины «Геотехника», наиболее приближен к строительной практике и в настоящее время является динамично развивающейся дисциплиной. Его изучение невозможно без знаний по инженерной геологии и механике грунтов - обязательных составляющих «Геотехники». Надежные изыскания по выявлению напластования основания площадки строительства, достоверные данные по характеристикам грунтов, правильно выбранные модели и верно используемые методы расчета являются необходимым, но недостаточным условием для устройства рациональных оснований и фундаментов.
Настоящий курс «Основания и фундаменты» дает основы проектирования, конструирования и технологии устройства основных видов фундаментов и искусственных оснований. Однако ограниченный объем учебной программы не позволяет отразить все многообразие разработанных и используемых типов фундаментов и методов их возведения, особенно в региональных грунтовых условиях.
Проектирование оснований и фундаментов на основе современной механики грунтов, как справедливо отмечает проф. С.Б. Ухов, развивается в двух основных направлениях. Первое - совершенствование методов расчетов, основанных на использовании простейших моделей грунтов, второе - разработка нелинейных моделей, более полно учитывающих работу грунтов под действием нагрузок. Второе направление получило дополнительный импульс в связи с развитием вычислительной техники и методов прикладной математики. Вместе с тем в большинстве случаев расчета стандартных подземных конструкций вполне достаточно бывает применения относительно простых моделей и схем расчета. При этом выбор метода расчета во многом определяется знаниями и опытом проектировщика. Это касается выбора типа основания и вида фундамента.
За последние 30 лет в отечественной строительной индустрии разработано и внедрено в практику большое количество новых типов и конструкций фундаментов, что особенно отчетливо проявилось в свайном фундаментостроении, в первую очередь при изготовлении свай в грунте.
В сложных геологических условиях под одно и то же сооружение могут быть запроектированы различные типы фундаментов, обеспечивающих его надежную эксплуатацию. Выбор оптимального из них может быть произведен только на основе многовариантного проектирования реально возможных фундаментов с оценкой стоимости каждого из вариантов. С внедрением в проектную практику быстродействующих ЭВМ такая задача становится по силам многим проектным организациям. Это сравнительно новое направление проектирования оснований и фундаментов начинает играть все большую роль в условиях рыночной экономики, и требуется его дальнейшее развитие
Все большее значение в современных условиях приобретают вопросы технологии и механизации работ в фундаментостроении. За последние 10 лет в этой области появились новые технологии, связанные с устройством буронабивных и буроинъекционных свай, гидроизоляции, реконструкцией и усилением фундаментов и др. У строительных организаций стали появляться современное оборудование и приспособления для производства работ нулевого цикла. К сожалению, в основном это зарубежные станки и механизмы устаревшие как морально, так и физически.
До сих пор слабо внедряются в практику строительства новые технологические методы по искусственному улучшению оснований. Отечественная промышленность почти не занимается изготовлением искусственных геодрен и оборудования для их погружения, отсутствует оборудование по изготовлению георешеток для армирования грунтов, современных рулонных и инъекционных гидроизоляционных материалов. Эти ниши могли бы вполне успешно заполнить небольшие производственные компании, возглавляемые прогрессивно мыслящими инженерами и предпринимателями.
Современные наука и практика фундаментостроения находятся в постоянном развитии и требуют от обучаемых не только твердых и всеобъемлющих знаний по предмету, но и творческого отношения к этой важной дисциплине, без знания которой невозможно формирование современного инженера.
Основные понятия и терминология. Общие принципы выбора оснований и фундаментов.
Фундаментомназывается подземная или подводная часть здания или сооружения, служащая для передачи усилий от него на грунты основания и, по возможности, более равномерного их распределения, а также уменьшению величины давлений до требуемых значений.
Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с возведением фундаментов и устройством оснований, что проявляется в накоплении грунтами основания достаточных деформаций, т.е. как правило в период эксплуатации.
Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % и более. Поэтому необходимо уметь принимать (проектировать) абсолютно обоснованные и экономически выгодные конструктивные решения фундаментов.
Общие принципы выбора оснований и фундаментов
Выбор конструкции фундамента при проектировании следует начинать с оценки объема и качества инженерных изысканий с точки зрения достаточности имеющихся данных для разработки равнонадежных конструкций фундаментов.
При оценке оснований и проектировании фундаментов незаменимыми являются полевые методы исследования грунтов.
С помощью статического зондирования возможно определение стратиграфического напластования грунтов, выявление прослоев слабых грунтов, физических и механических характеристик свойств грунтов. При проектировании фундаментов мелкого заложения объектов геотехнической категории I и свайных фундаментов геотехнической категории II результаты зондирования могут непосредственно использоваться для определения несущей способности и деформативности оснований и фундаментов.
При выборе типа фундаментов конкретного здания или сооружения на предварительных этапах проектирования рекомендуется руководствоваться Территориальными строительными нормами проектирования фундаментов зданий и сооружений, в которых приведены данные инженерно-геологических условий районов, намечаемых под застройку значительными объемами строительства( например, для СПб ТСН 50-302-2004 ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ (для Москвы ТСН 50-304-2000. Основания, фундаменты и подземные сооружения) .
При выборе типа фундамента и определении состава проекта рекомендуется учитывать геотехническую категорию проектируемого объекта, устанавливаемую в соответствии с ТСН.
Принятый метод расчета должен обеспечить ненаступление как предельного состояния по несущей способности, так и по деформациям.
Может быть использован, в зависимости от геотехнической категории объекта, один из следующих методов:
прямой метод, в котором выполняются независимые расчеты для каждого предельного состояния;
косвенный метод, в котором выполняется расчет для одного из предельных состояний с учетом показателей, подтверждающих, что другое предельное состояние маловероятно;
эмпирический метод, в котором параметры фундаментов и несущих конструкций подземных сооружений назначаются на основе опыта проектирования и строительства в аналогичных условиях.
При проектировании следует учитывать уровень ответственности сооружения в соответствии с ГОСТ 27751 – Надежность строительных конструкций и оснований: I - повышенный, II - нормальный, III – пониженный.
Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения).
Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения).
Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения).
При расчете несущих конструкций и оснований следует учитывать коэффициент надежности и ответственности 
, принимаемый равным для:
I уровня ответственности - более 0,95, но не более 1,2;
II уровня - 0,95,
III уровня - менее 0,95, но не менее 0,8
Инженерные изыскания для строительства, проектирование оснований и фундаментов и их устройство должны выполняться организациями, имеющими лицензии на эти виды работ.
Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 11-02-97 Инженерные изыскания для строительства, СП 11-102- Свод правил. Инженерно-экологические изыскания для строительства, СП 11-104 - Свод правил. Инженерно-геологические изыскания для строительства, СП 11-105 - Свод правил.Инженерно-геологические изыскания для строительства, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.
Наименование грунтов оснований в описаниях результатов изысканий и в проектной документации следует принимать по ГОСТ 25100- Грунты. Классификация.
Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис.1,а), и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис.1,б) и безростверковая опора (рис.1,в).
В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения.
а
Рис. 1а. Виды фундаментов
а - фундамент опоры моста из одного несущего элемента (1- надфундаментная часть опоры, 2-фундамент, 3-поверхность грунта (дно водотока), 4-уровень размыва, 5-несущий пласт грунта, 6-условный контур основании\, 7-подошва фундамента. 8-боковая грань фундамента, 9-уступ, 10- обрез фундамента; А-высота фундамента; d1 – расчетное заглубление фундамента в грунт
Рис. 1 б. Виды фундаментов
б - фундамент из куста несущих элементов (1- надфундаментная часть опоры, 2-фундамент, 3-ростверк, - 4-тампонажный слой бетона, 6-несущий элементы, 7- уровень размыва, 8-несущий пласт грунта, 9-подошва тампонажного слоя,10- боковая поверхность ростверка, 11- обрез фундамента
Рис. 1в. Виды фундаментов
в- безростверковая опора (1-подферменная плита (насадка). 2- стойка, 3- фундамент стойки, 4-поверхность грунта (дно водотока), 5- уровень размыва