Понятие об основаниях и фундаментах сооружений связи

ПОНЯТИЕ ОБ ОСНОВАНИЯХ И ФУНДАМЕНТАХ СООРУЖЕНИЙ СВЯЗИ

Фундаментом называется часть здания (сооружения), находящаяся ниже поверхности земли и передающая нагрузку сооружения на основание, т.е. на нижележащую толщу грунта. Основные геометрические параметры фундамента - глубина заложения и ширина подошвы (рис.1). Подошвой называется нижняя поверхность фундамента, совмещенная с поверхностью основания.

Рис.1. Основание и фундамент:

1 - основание; 2 - фундамент; 3 - подошва фундамента; 4 - гидроизоляционные слои; 5 - цоколь; 6 - подвальное помещение

Глубиной заложения фундамента называется расстояние от планировочной отметки поверхности земли до подошвы.

Основаниями сооружений служат грунты, т.е. горные породы верхних слоев земли (земной коры). Основание, в котором залегает один слой грунта, называется однородным или однослойным. Если в основании залегает несколько слоев грунта, то оно называется неоднородным или многослойным. Слой грунта, на который опирается фундамент, называется рабочим слоем; нижележащие слои грунта называются подстилающими. Находящиеся в условиях природного залегания грунты являются естественными основаниями сооружений. Грунты, предварительно уплотненные или специально укрепленные, называются искусственными основаниями.

Вертикальные перемещения фундамента в результате уплотнения грунтов основания называются осадками.

Грунты оснований представляют собой сцементированные сплошные тела или раздробленные несплошные тела, состоящие из трех основных частей: твердых минеральных частиц, образующих скелет грунта, воды и газа (в основном воздуха). Наиболее прочными основаниями сооружений и зданий являются массивные скальные породы. Они практически несжимаемы, но разрушаются под воздействием атмосферы, воды (особенно сточной), выщелачивающей основной материал или цементирующее вещество.

Крупноблочные грунты обычно являются удовлетворительными основаниями. Чистые пески, в особенности крупный песок, является хорошим основанием. Строительные свойства глинистых грунтов существенно зависят от их влажности и температуры, при которой возможно образование пучин, т.е. неравномерных вздутий поверхности земли (бугров); после оттаивания грунта они уменьшаются. Пучины при своем образовании могут поднимать фундаменты, в особенности легких малоэтажных зданий. Глинистый грунт в твердом и пластичном состоянии - надежное основание. В текучем и промерзшем состоянии это свойство он утрачивает. Илистые грунты сильно деформируются под нагрузкой и поэтому ненадежны в качестве оснований. Однако глубоко залегающие илистые грунты, уплотненные мощными напластованиями, могут служить надежными основаниями.

В качестве оснований сооружений используются также мерзлые и вечномерзлые грунты. Мерзлыми называются грунты, имеющие температуру ниже или равную 0 °С и содержащие хотя бы часть воды в порах в виде льда. Вечномерзлыми называются грунты, не подвергающиеся сезонному оттаиванию в течение длительного времени. Над вечномерзлым грунтом расположен слой грунта толщиной от 0,2 до 0,5 м, оттаивающий летом. Если этот слой не соприкасается со слоем вечной мерзлоты, то его называют сезоннопромерзающим, а если соприкасается - сезоннооттаивающим.

Маловлажные пески, крупноблочные и скальные породы практически не меняют своих свойств при замерзании и оттаивании. Глинистые и илистые грунты в мерзлом состоянии достаточно прочны, но при оттаивании переходят в текучее состояние и могут выдавливаться из-под фундамента; в результате появляется осадка сооружений, называемая просадкой.

Вид фундамента выбирается в зависимости от геологических и гидрологических условий места строительства и свойств естественных оснований. Существенное значение имеют происходящие на месте строительства физико-геологические процессы (оползни, селевые потоки, карстовые явления, просадочные процессы). Поэтому необходимо знать глубину сезонного промерзания грунтов, глубину залегания скальных пород и иметь данные о характере напластований.

Важным фактором, характеризующим место строительства, являются гидрогеологические условия: наличие грунтовых вод (безнапорных и напорных), глубина их залегания и колебания уровня. Для принятия мер по защите фундамента от разрушения грунтовой агрессивной водой требуется иметь данные о водонепроницаемости грунтов, т.е. данные о степени их фильтрации. К сильно фильтрующимся грунтам относятся галька, гравий и песок.

Лабораторный анализ воды должен содержать данные о цвете, запахе, прозрачности, количестве минеральных и органических остатков, временной жесткости, водородном показателе рН, окисляемости, свободной углекислоте, солях магния и кальция, сульфатов, хлоридов, щелочей, сероводорода и др. Агрессивность воды проявляется в способности разрушать бетон из портландцемента (при рН менее 7).

РАСЧЕТ ФУНДАМЕНТОВ

Расчет оснований сооружений производится по предельным состояниям, т.е. по таким состояниям, когда конструкция возводимого на основании сооружения теряет несущую способность или перестает выполнять свои функции из-за недопустимых деформаций или местных повреждений. Выполняют два вида расчетов предельных состояний основания: на прочность и устойчивость; на появление недопустимых для сооружения осадок. Расчет основания на прочность производится исходя из нормативного давления на грунт и сводится к выполнению следующего условия: , где - среднее давление на грунт от нормативных нагрузок; - нормативное давление на грунт основания (сопротивление).

При центральном приложении нагрузки считается, что давление распределяется равномерно по подошве фундамента и его среднее значение от нормативных нагрузок (рис.4.2а) определяется из выражения , где - полная вертикальная нагрузка на основание, ; - площадь подошвы фундамента или равная ей площадь поверхности основания, м. При внецентренном положении нагрузки с эксцентриситетом наибольшее и наименьшее давление у краев фундамента (краевое давление) с прямоугольной подошвой со сторонами и (рис.2б, в)

.

Рис.2. Распределение давления по поверхности основания:

a - равномерное; б, в - неравномерное

Формула справедлива при . При расчете внецентренно нагруженных фундаментов необходимо выполнение следующего условия: , где - наибольшее краевое давление. При этом основание должно иметь однородное горизонтальное напластование грунтов, сжимаемость которых по глубине до 5 м от подошвы фундамента не увеличивается.

Для предварительной оценки несущей способности грунта в СНиП по проектированию фундаментов на естественном основании рекомендуются нормативные значения давления в мегапаскалях: