|
Типы основания
Пласт грунта расположенный ниже уровня промерзания (стр.8), может служить основанием сооружения при следующих условиях:
1) если возможная неравномерность осадок под фундаментами, возникающих от нагрузки сооружения, не превышает допускаемой для данного сооружения (стр. 7);
2) если грунт обеспечен от размыва и разрушения при изменениях уровня грунтовых вод (стр. 10).
При этом предполагается обеспеченной незыблемость всего напластования грунтов в целом (стр. 11).
Пласт грунта, удовлетворяющий поставленным выше требованиям, назы-вается в строительном деле материком. Материк - понятие условное, так как грунт, могущий служить основанием для одного сооружения, для другого (на-" пример при большей нагрузке) основанием служить не может.
При расположении сооружения на материке фундаменты возводят на есте- ственном основании. При глубоком расположении материка (8 - 12 м), особенно если он покрыт водой, устраивают при помощи специальных конструктивных приёмов глубокие фундаменты (кессоны, опускные колодцы и т. д., стр. 78) или прибегают к искусственному укреплению грунта, служащего основанием (искусственное основание).
Если материк заложен неглубоко (4- 5 м), фундаменты на естественном осно-вании возводятся довольно просто.
В некоторых случаях для укрепления грунта оказывается достаточным за-менить в наиболее напряженной зоне, непосредственно под подошвой фунда-мента, слабый грунт более прочным - путем устройства песчаных подушек (стр. 30).
Если недостаточная прочность основания вызывается наличием обильных грунтовых вод (например при мелкозернистых песках), то некоторого упрочения основания можно достигнуть отводом или понижением грунтовых вод при помощи дренажа.
Значительное укрепление грунта (до полного окаменения) может быть до-стигнуто введением в поры грунта, под давлением, жидкого цементного раствора (цементация) или растворов сернокислых солей (силикатирование).
Наконец, нагрузка может быть передана на глубоко расположенные грунты при помощи необходимого количества столбов малого сечения. Такие столбы погружаются в грунт без предварительной выемки верхних слоев грунта и на-зываются сваями (рис. 7). Конструкция, состоящая из свай и ростверка по ним, называется свайным основанием.
Установление допускаемого давления на грунт.
В тех случаях, когда фундаменты расположены на материке, необходимо прежде всего по материа-лам изысканий установить допускаемое давление на грунт. При этом должны учитываться: возможная неравномерность осадок под различными участками здания и влияние, которое эта неравномерность окажет на конструкцию здания.
Когда грунты на глубину сжимаемой толщи (т. е. примерно на 2,5- 3-крат-ную ширину фундамента) сравнительно однородны по составу и физическим свойствам (плотность, влажность и т. д. ), когда многоэтажное здание имеет мас-сивные несущие стены на непрерывных фундаментах или когда одноэтажное зда-ние имеет перекрытие разрезной конструкции (фермы, однопролётные балки и т. д.), то под подошвой фундамента может быть допущено давление согласно табл. 3, в зависимости от грунта, расположенного непосредственно под ней.
Согласно нормам, для непрерывных фундаментов под стены, имеющие ши-рину менее 0,8 м, и для фундаментов под отдельные колонны со стороной менее 1,0 м, по соображениям, изложенным выше (стр. 20), давления, указанные в табл. 3, должны быть уменьшены пропорционально ширине фундаментов, т. е. соответственно:
допускаемые давления в табл. 3 даны для тех случаев, когда подошва фундамента закладывается на 2,0 м ниже поверхности земли, как указывалось выше (стр. 13); при большем заглублении фундамента плотность грунта возрастает и потому значения допускаемых давлений могут быть повышены по фор-муле :
где коэфициент k имеет значения: для песков -2,5, для супесей и суглинков - 2,0, для глин- 1,5.
При глубине 2,0 м значения h < 2 м должны быть снижены по формуле , но не больше, чем на 50%. В этом случае для всех грунтов принимается = 5 т/м2.
Если ниже подошвы фундамента, но в пределах сжимаемой толщи, имеется слой слабого грунта, то необходимо проверить давление на него. Величина этого давления может быть получена по табл. 2 и формуле (5) (стр. 22).
Если определённое таким образом давление будет больше допускаемого для подстилающего грунта, взятого по табл. 3, но без повышения с глубиной по формуле (7), то давление под подошвой должно быть уменьшено 3. Очевидно, величина этого, уменьшенного давления может быть найдена по об
Где у берется по табл. 2 для соответствующего . , а 0.0-допускаемое давление
для слабого грунта - по табл. 3.
Для грунтов, находящихся в текучем состоянии, рыхлых, насыпных, тор-фянистых и т. п., допускаемые давления не нормируются и должны устанавли-ваться индивидуально для каждого случая.
В этих случаях должно быть установлено предельное давление для данного грунта путём производства пробной нагрузки в соответствии со специальными инструкциями. Допускаемое давление устанавливается по предельному, получен-ному при испытаниях, с коэфициентом запаса 1,5 -2,5, в зависимости от раз-мера осадки и влияния, которое окажет она на конструкцию здания.
Так же поступают и в тех случаях, если здание проектируется каркасным или если под массивными стенами проектируются столбовые фундаменты. Так как эти конструкции чувствительнее к осадкам, чем обычные массивные стены на непрерывных фундаментах, то допускаемые давления, как правило, должны быть меньше указанных в табл. 3. Однако это зависит от однородности, плотно-сти и, влажности грунтов.
По данным практики можно считать, что величина допускаемого давления в перечисленных случаях обычно составляет 70-90% от табличной.
Песчаные подушки
Как было указано осадка фундаментов происходит вследствие обжатия грунта на глубине, равной двойной-тройной ширине фундамента. Если хотя бы часть грунта, сжатого фун-даментом, заменить менее сжимаемым, то осадка фундамента уменьшится.
Этим обстоятельством пользуются, "когда фундамент необходимо обосновать на сильно сжимаемых (насыпных, торфянистых и т. п.) грунтах. В этих случаях под фундаментом отрывают котлован и засыпают его мало сжимаемым песком, o образуя так называемую песчаную подушку. При такой замене уменьшаются осадки и потому оказывается возможным увеличить давление под фундаментом по сравнению с тем давлением, которое могло бы быть допущено на грунт при отсутствии подушки. Чем больше размеры подушки, тем сильнее сократятся осадки и тем больше может быть увеличено давление под подошвой фундамента.
Однако пределом такого увеличения является давление, которое может быть допущено на песок, из которого делается подушка. Установлено, что на круп-ный песок, утрамбованный самым тщательным образом, может быть допущено давление 1 не свыше 2 - 2,5 кг/см2.
Практически для установления размеров подушки пользуются изобарами (стр. 23). Полагают, что если под фундаментом отрыть котлован, очерченный по какой-либо изобаре (например 67%-рис. 5, фиг. 3), и вновь засыпать его плотно утрамбованным песком, то распределение давления в грунте не изме-нится. Поэтому через песок на грунт по всему периметру песчаной подушки будет передаваться давление, равное в нашем случае 67% от среднего давления под фундаментом (т. е. если под фундаментом будет давление 2,0 кг/см2, то на грунт передается 0,67 х 2 == 1,34 кг/см2). Таким путем всегда может быть по-дрбрана изобара, определяющая размеры подушки в зависимости от того, насколько необходимо увеличить давление: например, если на грунт допускается давление 1,0 кг/см2, а на песчаную подушку предположено допустить 2,0 кг/см2, т. е. в 2 раза больше, то подушку следует углубить до изобары 50% (рис. 5, фиг. 2). В этом случае давления у границы подушки уменьшатся вдвое против давления, допущенного под фундаментом, т. е. до допускаемой для грунта величины 1,0 кг/см2.
Отрытие котлована, очерченного по криволинейной изобаре, практически трудно осуществимо. Поэтому для подушки отрывают прямоугольный котлован, в который вписывается соответствующая изобара.
Изобары 67% и 50% почти не выходят за пределы ширины фундамента (рис. 5, фиг. 2); поэтому ширину подушки по верху (рис. 5, фиг. 5) из соображений удоб-ства производства работ принимают минимальной, равной ширине подошвы фундамента 2, увеличенной на 15 - 20 см.
Высоту подушки h можно определить по формуле
(b- ширина фундамента, величины коэфициентов k приведены в табл. 4). Коэфициенты k вычислены по соответствующим изобарам, в зависимости от типа фундамента и заданного отношения давления на подушку к давлению на грунт.
Таблица 4
К жёстким фундаментам относятся подушки под массивными стенами(стр. 46), а также бутовые и бетонные фундаменты под столбы (стр. 60); к гибким фундаментам - железобетонные ленты и башмаки под столбами (стр. 66 и 63).
Определение (как это делалось раньше) размеров подушки в предположении, что давление распределяется в подушке под некоторым углом (обычно 40 - 45°), а от подушки на грунт передаётся по всему низу подушки равномерно, приводит большей частью к неверным результатам. На рис. 5, фиг. 1 изображена подушка, ширина которой по низу равна 1,7 ширины фундамента (при угле распределения 45°), а среднее давление под подушкой (с учётом веса самой подушки) составляет 67% от среднего давления, Фактически в пределах подушки вписывается только изобара 95%, а изобара 67% значительно выходит за пределы подушки. Поэтому в грунте под подушкой по оси фундамента (точка А) давление достигает 95% от среднего, т. е. много больше предполагаемых 67%, а ширина подушки при этом оказывается больше требуемой.
Для устройства подушки при давлении на неё 1,5 - 2,5 кг/см2 должен при-меняться крупнозернистый (стр. 14) чистый песок. Если давление на подушку допускается менее 1,5 кг/см2, то возможно применение среднезернистого песка. Укладка песка в подушку должна производиться горизонтальными слоями по 10 - 15 см, с лёгким увлажнением и тщательной утрамбовкой. При работах по возведению фундаментов должна быть непрерывно обеспечена равномерность загрузки подушки по всему периметру. Подошва фундамента должна быть предохранена от проникания грунтовых вод на время производства работ и после окончания постройки.
Для примера на рис. 5 (фиг. 4 и 5) изображены продольный профиль и разрез песчаной подушки под стену с нагрузкой 30 т/пог. м. На грунт допущено давление 1,0 кг/см2, а на подушку - 1,5 кг/см2, т. е. в 1,5 раза больше. Для сравнения на фиг. 6 приведен бутовый фундамент, запроектированный при допускаемом давлении 1,0 кг/см2 Очевидно, такой фундамент требует значительного увели-чения объёма работ по сравнению с фундаментом на подушке.
Являясь экономичным и надёжным основанием, подушки должны получить широкое распространение под зданиями небольшой этажности на слабых сжи-маемых грунтах. Благодаря удобоподвижности частиц песка, подушка легко приспособляется к неравномерным осадкам основания и в значительной степени oсглаживает их. Поэтому подушки могут применяться при весьма неоднородных напластованиях грунта. В таких случаях для повышения жёсткости стен следует устраивать через 2 - 3 этажа по всему периметру стен железобетонные пояса толщиной в 0,20 - 0,25 м.
Песчаные подушки с успехом применяются также при насыпных и торфянистых грунтах. При устройстве подушки в торфе необходимо, прежде чем возводить здание, дать торфу спрессоваться. Для этого подушка устраивается в несколько приёмов и предварительно загружается кирпичом, камнями и т. д. Фундаменты возводятся после того, как торф спрессуется и осадки песчаной подушки под нагрузкой прекратятся.
Свайные основания Для устройства свайного основания на месте постройки откапывают до некоторой глубины котло-ван и в дно его забивают сваи. На головы (верхние концы) свай опирают фунда-мент сооружения.
Под стенами сваи располагают правильными рядами (рис. 7, фиг. 5) на рав-ных расстояниях (5 - 6 d) одну от другой или в шахматном порядке симметрично относительно продольной оси стены, причём в местах увеличенной нагрузки рас-становку свай учащают.
Сваи под столбами располагают отдельными группами, называемыми кустами. Для уменьшения площади фундамента расстояние между сваями при-нимается (рис. 7, фиг. 5) минимальным, 3,0 - 3,5 d. Наиболее рациональное очертание куста - квадрат или правильный многоугольник, в крайнем случае прямоугольник, близкий к квадрату. Центр тяжести куста должен совпадать с расположением равнодействующей вертикальных сил, т. % обычно с верти-кальной осью столба (рис. 7, фиг. 5).
По верху сваи связываются бетонными или железобетонными подушками, причём головы свай должны быть забетонированы в их толще на 30 - 35 см. Этим обеспечиваются надёжная связь свай между собой и равномерность пере-дачи нагрузки на сваи.
Для примера на рис. 6 изображена аксонометрия свайнаго основания на железобетонных сваях 1. На аксонометрии показаны кусты свай под столбами, забивка свай под стенами и бетонные подушки по сваям. На первом плане изображено основание под фасадную каркасную стену с большими оконными проёмами. Под простенки сваи забиты кустами, а стена между простенками оперта на рандбалки. Такие же рандбалки сделаны для внутренних капитальных стен между подушками внутренних столбов.
По способу производства работ различают сваи забивные, которые изготов-ляются на поверхности и забиваются в землю, и набивные, которые устраиваются непосредственно в земле. Забивные сваи делаются из дерева или железобетона. Погружение их в грунт производится с помощью ударов бабы, имеющей больший или меньший вес, а зависимости от веса сваи и податливости грунта. Такие бабы делаются из чугуна и в простейшем случае подымаются с помощью спе-циального станка - копра и лебёдки.
В настоящее время широко применяются паровые бабы и молоты, механизи-рующие процесс забивки свай. Паровой молот представляет собой пустотелую стальную коробку, внутри которой заключён тяжёлый поршень-молот. Коробка закрепляется (насаживается) на голове сваи. Поршень-молот с помощью пара или сжатого воздуха получает частые вертикальные перемещения и производит удары по голове сваи, вследствие чего свая погружается в грунт.
Деревянные сваи.
Деревянные сваи изготовляются преимущественно из хвойного леса. Бревна для сваи употребляются
диаметром 22 - 26 см и длиной до 8,5 м. Для облегчения проходки сваи при за-бивке нижний конец ее заостряют. Длину острия принимают от 1,25 до 1,75 d.
Если предстоит прорезать грунты, в которых имеются обломки дерева, про-слойки гравия и т. п., то острие при встрече с ними разрушается и не может в дальнейшем преодолевать препятствия. Во избежание этого нижний конец сваи защищают железным башмаком (рис. 7, фиг. 6).
Для предохранения от раскалывания верхнего конца сваи, непосредственно воспринимающего удары бабы, на него надевается железное кольцо - бугель.
Бугель сваривается из полосового железа сечением 20 - 40 мм х 50 - 120 мм. Голова сваи стёсывается несколько на конус, и бугель надевается в нагретом со- стоянии для того, чтобы по охлаждении он сильнее обжал голову сваи.
Деревянные сваи являются самыми дешёвыми. Они, кроме того, просты в производстве, причём качество работ легко может быть проконтролировано. Но вслед-ствие легкой загниваемости дерева они могут применяться только при условии погружения головы сваи на 0,5 м ниже самого низкого уровня грунтовых вод. Важным преимуществом деревянных свай является то, что они не разру-шаются агрессивными водами.
железобетонные сваи.
Железобетонные сваи изготовляются из бетона гравием марки = 170 кг/см2 Сечение железо-бетонных свай, в целях упрощения опалубки, делается почти исключительно квадратным или восьмигранным и постоянным по всей высоте (рис. 7, фиг. 7).
Для облегчения забивки нижний конец сваи снабжается башмаком, аналогичным описанному выше башмаку для деревянных свай. Этот башмак привари-вают к основной арматуре сваи. Голову сваи для предохранения от раздробления под ударами бабы армируют сетками и снабжают специальными наголовниками. Железобетонные сваи изготовляются сечением от 24 х 24 см до 40 х 40 см и длиной от 4,0 до 15,0 м; при этом их вес достигает 4,0 - 5,0 т.
Железобетонные забивные сваи - самый дорогой тип свай; они требуют пред-варительной заготовки или доставки в готовом виде со специальных заводов, а также специального места для их хранения и, кроме того, - значительного расхода арматурного железа. Но это самый надёжный вид свайного основания; кроме того, они просты в изготовлении при легко осуществимом контроле и могут применяться даже при агрессивных водах, если изготовлять их на пуццола-новом цементе или с соответствующими добавками (стр. 98).
Набивные свая
Сваи этого типа изготовляются или путём предварительного опускания обсадных труб, извлекаемых из грунта в процессе бетонирования сваи, или же при помощи оболочки, большей частью из кровельного железа; оставляемой в грунте.
Из свай первого типа у нас имеют наибольшее применение сваи Страуса, названные так по фамилии русского инженера, впервые применившего их на практике в 1899 г. в Киеве. Для изготовления этих свай в грунте пробуривается
на надлежащую глубину скважина диаметром 20-35 см. Бурение сопровождается опусканием на всю глубину обсадных труб. В законченную скважину опускается бетон в особых вёдрах с, откидным дном. Бетон в скважине подвергается усиленному трамбованию, а обсадные трубы постепенно извлекаются из
земли, благодаря чему бетон ниже трубы вдавливается в слои почвы соответ-ственно плотности её слоев. При наличии грунтовых вод и при недостаточно осторожном ведении работ (перерывы в подаче бетона) в теле свай могут образо-ваться песчаные прослойки, приводящие их в некоторых случаях в полную не-годность.
Поэтому более рационально заполнение скважины бетоном при помощи сжатого воздуха (рис. 7, фиг. 8). После опускания обсадной трубы на требуемую глубину на ней укрепляется шлюзовой аппарат и нагнетается сжатый воздух, вытесняющий из скважины воду и разжиженный грунт. Шлюзовой аппарат позволяет производить наполнение трубы бетоном, не выпуская из скважины сжатого воздуха. Он состоит из камеры с герметически закрывающимися люками, соединяющими его со скважиной и наружным воздухом. Камера заполняется бетоном при закрытом люке в скважину. Затем наружный люк закрывают и в камеру впускают сжатый воздух. После этого открывают люк в скважину.
Бетон сбрасывается вниз, люк в скважину закрывается, и вновь производится наполнение камеры. Эта операция повторяется до тех пор, пока труба не заполнится. Тогда в верхнюю часть трубы впускается под большим давлением сжатый воздух. Бетон вдавливается в грунт, а труба тем же давлением воздуха и при помощи лебёдки вытягивается вверх примерно на половину высоты. Повторяя описанную операцию, всю скважину заполняют хорошо спрессованным бетоном, а трубу извлекают из скважины.
Сваи Страуса обычно дешевле забивных, и их можно осуществить в весьма затеснённых условиях (стр. 84 и рис. 22, фиг. 4). Они изготовляются сразу в земле, не требуют ни складов, ни времени на отвердевание. Но в то же время, как ! показала практика, они надёжны только при условии весьма тщательного вы-полнения и контроля за качеством работ. Кроме того, в сваях Страуса свежеуло-женный бетон сразу подвергается действию грунтовых вод, поэтому их не следует применять при сколько-нибудь агрессивных грунтовых водах.
Сваи второго типа - с оболочкой, оставляемой в грунте - мало применялись в нашей советской практике. Сваи эти не имеют существенных преиму-ществ перед забивными, так как забивка их оболочки производится при помощи таких же копров и баб, как и забивка железобетонных свай, а расход же-леза на оболочку только немногим меньше, чем на арматуру железобетон-ных свай.
За границей из свай этого типа наибольшее применение имеет свая "Раймонд". Она состоит из оболочки слегка конической формы. Для забивки в оболочку вставляется составной металлический сердечник, который после забивки выни-мается. Затем оболочка заполняется бетоном (рис. 7, фиг. 9).
Для уменьшения стоимости бетонных свай нижняя часть их, расположенная ниже уровня грунтовых вод, может быть выполнена из дерева, а верхняя -
набивной из бетона. Слабым местом таких свай является стык дерева с бетоном. Существует несколько конструкций таких стыков.
На рис. 7, фиг. 10 изображён стык, осуществлённый при помощи железобе-тонной обоймы, надетой на голову деревянной сваи.
Расчет свайных оснований
Этот расчет заключается, во-первых, в определении величины нагрузки на отдельные сваи и кусты свай, при которой они получат осадки, допустимые для данного сооружения, и, во-вторых, в определении числа свай, нужного под различными частями здания, и в размещении их под фундаментом.
Допустимая нагрузка на сваю, или, как говорят, её несущая способность, зави-сит, с одной стороны, от размеров сечения и длины и расположения свай, и с дру-гой - от характера грунтовых напластований.
На рис. 7, фиг. 1 изображён фундамент, расположенный на сухом песке, который на некоторой глубине подстилается мощным слоем торфа. Ниже торфа залегает плотная глина. Опереть фундамент на мелкий песок нельзя, так как
· вследствие сжатия ниже расположенного торфа фундамент получил бы значи-тельные и неравномерные осадки. С помощью свай нагрузка от фундамента пере-даётся на слой глины, который и при значительных нагрузках будет мало сжи-маться.
В рассмотренном примере сваи работают, как сжатые стойки, передающие своими нижними концами нагрузку на материк. Такие сваи называются сваи-стойки.
Несущая способность основания на сваях-стойках, при условии расположе-ния свай на расстояниях, не превышающих 5-6-кратного диаметра сваи, опре-деляется в предположении равномерного распределения давления на материк по всей площади свайного основания. При этом на материк может быть допущено давление, определенное по табл. 3, в соответствии с характером грунта и с повы-шением давления вследствие заглубления по формуле;
где буквы имеют то же значение, что в формуле (7) (стр. 28). Эта формула отличается от рассмотренной выше формулы (7) тем, что коэфициент k уменьшен на единицу для того, чтобы учесть давление слоя грунта, расположенного между сваями .
Кроме проверки давления на грунт, должна быть проверена прочность каж-дой сваи в зависимости от приходящейся на неё нагрузки. Напряжение в свае не должно превышать допустимого для материала сваи. Длина свай-стоек опреде-ляется с таким расчётом, чтобы в материк полностью было забито все острие сваи, т. е. обычно 40 - 50 см.
Практика строительства знает случаи, когда толща слабых грунтов дости-гает нескольких десятков, а то и сотен метров, и потому забитые сваи оказы-ваются на всю длину в слабых грунтах; такие сваи называются висячими.
Одиночная висячая свая (рис. 7, фиг. 3) вызывает уплотнение прилегающего к ней грунта; благодаря трению между боковой поверхностью сваи и грунтом нагрузка распределяется на все слои, которые свая прорезает, и только частично передаётся через конец сваи на подстилающие грунты. Осадка одиночных вися-чих свай, как показывают испытания их пробной нагрузкой, будет меньше, чем массивного фундамента (рис. 7, фиг. 2), так как давление распределится на большую массу грунта.
Приближенно величина нагрузки, которую может воспринять одиночная висячая свая, определяется по формуле:
P=ulf, (11)
где I -длина сваи, и -периметр сваи, а -коэфициент трения; при этом / принимается: в торфянистых и насыпных грунтах - 0,7, в илистых и мягких глинистых грунтах - 1,8 - 2,0, в пластичном суглинке и рыхлом песке - 3,0 - 4,0 и, наконец, в плотной глине - 6,0.
Сопротивляемость забитых свай может быть проверена по величине погру-жения сваи от удара при ее забивке. Практически для этого забивают 2-3 пробные сваи и по рекомендованной нормами формуле проф. Герсеванова, в за-висимости от величины погружения сваи после определённого количества уда-ров, находят величину допускаемой нагрузки.
Так определяют допускаемую нагрузку на висячие сваи, если они забиты на расстояниях, превышающих 8 d, а также небольшими кустами (не более 3 шт. в кусте) или лентами в 1-2 ряда (рис. 7, фиг. 5).
Большой куст висячих свай, забитых в тот же самый грунт, что и одиночная свая, как показывают многочисленные эксперименты, всегда даёт значительно большую осадку2 Это объясняется тем, что весь куст свай вместе с уплотнен-ным грунтом, расположенным между сваями, представляет собой как бы один общий, оседающий, как одно целое, столбообразный фундамент (рис, 7, фиг. 4). Вследствие этого силы трения в промежутках между сваями проявиться не могут и нагрузка от фундамента передаётся непосредственно на грунт, расположенный ниже острия свай.
Осадка всего массива грунта, пронизанного сваями с расположенным на них фундаментом, определяется податливостью слоев грунта, расположенных ниже конца свай; поэтому осадка висячего свайного основания (рис. 7, фиг. 2 и 4) уменьшится по сравнению с фундаментом без свай только потому, что при сваях , сжатию подвергаются более глубокие (фиг. 4), а потому более плотные слои грунта. Несущая способность висячих свай, забитых кустами с расстоянием между ними 3 менее 8 d, определяется так же, как при сваях-стойках, т. е. по площади куста и допускаемому давлению на грунт, расположенный на уровне острия свай, по формуле (10). Отсюда следует, что длина висячих свай, забитых кустами, должна быть такова, чтобы грунт, расположенный у острия свай, обла-дал достаточной несущей способностью.
После определения несущей способности отдельных свай и кустов и под-счета всех нагрузок, передающихся на каждый куст, находят количество свай в каждом кусте и производят расстановку свай в основании. Минимальное рас-стояние между сваями принимается равным 2,5 - 3,0 диаметрам сваи и опре-деляется величиной зоны уплотнения вокруг сваи. Максимальное расстояние зависит от нагрузки на сваю, прочности сваи и площади её сечения.
Выбор системы основания.
Выбор системы основания обусловливается, с одной стороны, глубиной заложения, прочностью и
однородностью грунтов, уровнем грунтовых вод и, с другой-конструкцией : здания и величиной нагрузок, передаваемых им основанию.
Как правило, обычные фундаменты на естественном основании являются наи-более экономичными и целесообразными в следующих случаях:
1) для зданий высотой в 2 - 3 этажа, если на грунт, залегающий на глубине 4,5-2,0 м, может быть допущено давление свыше 1,5 кг/см2;
2) для зданий высотой в 4 - 7 этажей, если на той же глубине может быть допущено давление свыше 2,5 кг/см2
В этих случаях для выбора основания требуется только установить допускае-мое давление на грунт по материалам изысканий (стр. 28) и определить мини-мальную глубину заложения фундамента в соответствии с климатическими усло-виями (стр. 8).
Если грунт с указанной или более высокой прочностью находится на боль-шей глубине и особенно если он покрыт водой, то возможно устройство основа-ний на сваях-стойках или глубоких фундаментах (кессоны, опускные колодцы, стр. 78). Выбор вариантов решений должен производиться путём технико-эко-номического анализа их.
При необходимости возведения на мощном слое слабых грунтов зданий вы-сотой в 3 - 4 этажа вполне рациональным является устройство песчаных поду-шек. Здания, высотой свыше 4 этажей, могут иметь фундамент в виде сплошной плиты (стр. 66) или фундамент на висячем свайном основании.
Более новые методы укрепления слабых грунтов (цементация, силикатиро-вание и т. д.) по мере их усовершенствования получат, вероятно, широкое при-менение в строительстве, но в настоящее время они ещё слишком дороги, не все-гда надёжны и потому применяются только в особых случаях.
При выборе типа свай руководствуются экономическими соображениями и наличными материальными ресурсами.
Если возможно получить хороший лес при недорогой его доставке, то наибо-лее часто применяют деревянные сваи, как самые дешевые, конечно, при усло-вии, что основание может быть запроектировано так, чтобы деревянные сваи целиком оказались ниже уровня грунтовых вод. Последнее требование, при низком (относительно подошвы фундамента) уровне грунтовых вод, вызывает необходимость устройства высокого фундамента над головами свай (рис. 8, фиг. 6). Кроме того, количество деревянных свай обычно бывает больше, чем бетонных или железобетонных, что вызывает увеличение размеров фундаментов в плане, а потому увеличение объёма фундаментов и земляных работ. На рис. 8, фиг. 5 показан пример устройства фундаментов под колонну на деревянных и железо-бетонных сваях. На деревянную сваю допущено давление в 15,0 т, а на железо-бетонную - 30,0 т. На устройство основания и фундамента в первом случае пошло 36 шт. свай и около 30 м3 бетона и потребовалось вынуть около 70 м.3 грунта. Во втором случае пошло 16 шт. свай и только 12 м3 бетона (включая железобетон свай) и потребовалось вынуть только 15 м3 грунта. Из приведённых примеров следует, что правильный выбор типа свай может быть произведён только путём сравнения полной стоимости вариантов, с учётом изменений в конструк-ции фундаментов.
Железобетонные забивные, а также бетонные набивные сваи имеют примене-ние там, где по техническим или местным условиям невозможно или невыгодно употребить в дело деревянные сваи.
1 Набивные бетонные сваи выполняются сравнительно быстро и просто, не требуя сложных и громоздких устройств и, как правило, дешевле забивных. Недостатками этого типа свай являются затруднительность надзора за качеством работ и невозможность применения их при агрессивных водах.
Забивные железобетонные сваи требуют специальных транспортных приспо-соблений и мощных копров для забивки, однако простота контроля делает этот вид свай весьма надёжным. Этим объясняется широкое применение забивных свай наравне с набивными, тем более, что при наличии в районе строительства заво-дов, изготовляющих сваи, основание на забивных сваях может быть выполнено столь же быстро, как и на набивных.
Выбор системы основания значительно усложняется при неоднородных грун-тах, а также в том случае, когда отдельные части здания попадают на грунты различной податливости или на грунты, у которых осадка протекает с различ-ной быстротой (например глина и песок), вследствие чего достигнуть равномер-ности осадок при одной общей системе основания оказывается невозможным. В простейшем случае, если граница различных напластований достаточно чётко выражена и рассекает здание в направлении наименьшего измерения (рис. 8, фиг. 3), здание следует разделить на две самостоятельные части, получающие, таким образом, возможность независимой одна от другой осадки. В месте стыка этих частей в фундаментах, стенах, перекрытиях должны быть предусмотрены разрезы, допускающие возможность взаимного вертикального смещения при-мыкающих частей Такие разрезы называются осадочными швами (рис. 8, фиг. 1, 3 и 4).
Под частями здания, разделёнными швами, могут быть применены различ-ные основания. Например, под одной частью может быть сделано искусствен-ное основание (песчаные подушки, сваи), а под смежной частью - естественное (рис. 8, фиг. 4), или же под обеими смежными частями здания фундаменты могут быть расположены на естественном основании, но с разным допускаемым давле-нием на грунт (рис. 8, фиг. 1).
Если характер напластований меняется настолько часто, что осадочные швы требуются через 10- 15 м (рис. 8. фиг. 2), разрезка здания на столь короткие участки нецелесообразна, так как привела бы к усложнению работ и уменьшила бы общую устойчивость здания. В этом случае разбивают здание швами на уча-стки по 30 - 60 м, допуская неравномерность осадок в каждой части, но усили-вают общую пространственную жёсткость здания, для чего устраивают по всему периметру внутренних и наружных стен несколько непрерывных железобетон-ных поясов (обычно их располагают непосредственно над оконными проемами), более часто располагают поперечные стены, проектируют монолитные железобе-тонные перекрытия и, наконец, принимают пониженное допускаемое давление на грунт (рис. 8, фиг. 2) или делают песчаную подушку (рис. 5, фиг. 4).
Осадочные швы устраивают и при однородных грунтах, если вследствие раз-ницы в нагрузках ширина фундаментов какой-либо части здания превышает ши-рину смежных частей более чем в 1,8-2,0 раза. Очевидно, что осадки таких фундаментов даже при одинаковом среднем давлении под подошвой будут сильно отличаться одна от другой (стр. 23). Практически такой случай возможен, если разница в высотах двух частей здания будет в 3 и более этажей (рис. 8, фиг. 1, 2, 3, башня), а также в тех частях здания, которые несут большие местные нагрузки (водонапорные баки, башни и т. д.).
Наконец, здание желательно разделить осадочными швами на части простой геометрической формы. Во входящих углах зданий, имеющих сложную конфи-гурацию, при большой протяжённости каждой части (40 - 60 м каждая), тре-щины образуются даже при незначительной неравномерности осадок (рис. 8, фиг. 3).
Наиболее сложно обеспечить равномерную осадку зданию, расположенному на сильно сжимаемом грунте, под которым на некоторой глубине залегает плотный грунт, с большим наклоном к горизонту. Свайные основания в таких случаях обычно приносят мало пользы. Основания на сваях-стойках, забитых до проч-ного грунта, нецелесообразны, так как часть свай получает чрезмерную длину, а фундаменты, основанные непосредственно на верхнем слое или на висячих сваях, получают наибольшую осадку в том месте, где толщина слабого грунта будет максимальной, что может вызвать перекос всего здания. Так же недопу-стимо опереть часть здания на сваи-стойки, а часть - на висячие сваи.
Ниже (стр. 79, рис. 20, фиг. 3) показан вариант решения основания в таких условиях путем комбинирования свай с искусственным закреплением грунта на глубине методом силикатирования. Этот приём в данном случае позволил сильно уменьшить количество и общую длину свай и тем значительно снизить общую стоимость основания, обеспечив равномерность осадок и надёжность основанию.
|
