Конструктивное решение сплошного фундамента

Конструктивное решение сплошного фундамента

Название работы: Сплошные фундаменты. Основные конструктивные решения. Сопряжение колонн со сплошными фундаментами

Предметная область: Архитектура, проектирование и строительство

Описание: Сплошные фундаменты. Сплошные фундаменты иногда называемые плитными устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит под стены или сетку колонн рис. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки сооружения. Сплошные фундаменты выполняются как правило из монолитного железобетона.

Дата добавления: 2013-08-20

Размер файла: 31 KB

Работу скачали: 38 чел.

Задание 5. Сплошные фундаменты. Основные конструктивные решения. Сопряжение колонн со сплошными фундаментами.

Сплошные фундаменты, иногда называемые плитными, устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит под стены или сетку колонн (рис.1). Фундаментные плиты разрезаются в плане только осадочными швами, но в пределах каждого выделенного отсека они обеспечивают жёсткость здания и совместную работу фундамента и надземной части сооружения. Сплошные фундаменты способствуют уменьшению неравномерности осадки сооружения.

Сплошные фундаменты выполняются, как правило, из монолитного железобетона. По конструктивным решениям сплошные фундаменты разделяют на плитные и коробчатые. Плитные фундаменты, в свою очередь, могут быть гладкими (безбалочными) и ребристыми (рис.2).

Толщину плиты, работающей на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, определяют расчётом на моментные нагрузки и исходя из расчёта на продавливание в местах опирания колонн.

Опирание колонн на гладкие и коробчатые плиты осуществляется через сборные и монолитные стаканы, ребристые плиты соединяются с колоннами с помощью монолитных стаканов или выпусков арматуры.

Источник

Конструктивные решения фундаментов

Конструирование фундаментов.

Фундаментом называется подземная часть здания, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях, и передающая эти на­грузки на основание (грунт). Материалоемкость фунда­мента в объеме малоэтажного жилого дома составляет 10. 30%.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания или сооружения, называется поверхностью фунда­мента, или обрезом, а нижняя его плоскость, непосредственно соприкасающаяся с основа­нием, — подошвой фундамента, ее уширение — подуш­кой.

Конструкции фундаментов проектиру­ют с учетом характера несущего остова зда­ний и сооружений и степени чувствительности их к возможным осадкам, характера геологи­ческих и гидрогеологических условий участка, условий района строительства, наличия мест­ных строительных материалов и средств ме­ханизации, мощности материально-технической базы.

Грунты, в которых присутствует значи­тельное количество глины (супеси, су­глинки и глины), называют вспучиваю­щимися при замерзании (пучинистыми). Остальные грунты (пески, гравелистые и др.) со­ставляют группу невспучивающихся при замерзании (непучинистых).

По виду конструкции различают ленточ­ные, столбчатые, сплошные и свайные фундаменты. В за­висимости от технологии возведения фунда­менты бывают сборные и монолитные.

Основные конструктивные схе­мы фундаментов для малоэтажных жилых зданий:

а — ленточный фундамент;

в — фун­дамент в виде сплошной железобетонной плиты;

г — фундамент на коротких сваях;

д — ленточный фун­дамент на песчаной подушке;

1 — стена; 2 — лента фундамента; 3 — столб; 4 — фундаментная балка; 5 — монолитная железобетонная плита; 6 — ростверк; 7 — свая; 8 — песчаная подушка.

Изготовляют такие фундаменты из местных строительных материалов (ес­тественный камень, бутобетон, красный кирпич и др.), а также использу­ют монолитный бетон или сборные бе­тонные и железобетонные блоки.

Если в проекте дома предусматривается наличие подвала, большого приямка или цокольного этажа, то фундамент должен быть ленточной конструкции, чтобы успешно выполнять функции стены подвала. Состояние грунта мо­жет оказать влияние на выбор вариан­та архитектурного решения подземной части дома. Например, если дом ста­вят на грунты с высоким уровнем стоя­ния грунтовых вод, то толщина стенок ленточного фундамента увеличивается за счет дополнительных элементов гидроизоляции, что приводит к некото­рому уменьшению площади помещений подземной части. Кроме того, может возникнуть угроза поднятия («всплы­тия») подвальной части вместе с до­мом или части дома с приямком под действием напора грунтовых вод. В этом случае обычно приходится отка­зываться от проектирования подзем­ных помещений или проектировать до­рогостоящую конструкцию фундамента с якорями в грунте или пригрузом по­ла подземных помещений. Практика эксплуатации малоэтажных жилых зданий с фундаментами глубокого за­ложения показала, что вспучивающие­ся при замерзании грунты постепенно выталкивают такие фундаменты из земли. Чтобы нейтрализовать неже­лательный эффект вспучивания при замерзании грунта, проекти­руют дома без подвалов на фунда­ментах мелкого заложения с основани­ем в виде песчаной подушки. При устройстве песчаной подушки грунт вынимают на глубину ниже промерза­ния не менее 0,2 м и засыпают выемку крупнозернистым песком с проливкой водой и с уплотнением послойно. За­сыпку ведут до отметки — 0,5 м от уровня планировки участка. На полу­ченное таким способом искусственное основание устанавливают фундаменты мелкого заложения. Когда под домом располагается грунт очень разнородный по степени вспучивания при замерзании, то прихо­дится проектировать фундамент в виде сплошной плиты из монолитного желе­зобетона и на песчаной подушке. В не­которых случаях оказываются эффек­тивными свайные фундаменты, глуби­ну заложения которых принимают зна­чительно ниже глубины промерзания грунта, где силы бокового трения неза­мерзающего слоя превышают силу тре­ния от вспучиваемого слоя. Реже на таких грунтах ставят столбчатые фун­даменты из монолитного железобетона с уширением подошвы, так как изго­товление их требует больших трудо­затрат.

2.1.1 Ленточные фундаменты в виде сплошных стенок устанавливают по всему контуру стен. Размер подошвы фундамента определяют расчетом в за­висимости от массы надземной части, материала фундамента и несущей спо­собности грунта. Толщину его стенки определяют расчетом на прочность и в зависимости от технологических осо­бенностей материала. Для изготовления ленточных фун­даментов используют любые строи­тельные материалы, кроме дерева.

а — на песчаной подушке; б — бутобетонный фундамент; в, г — бутовый фундамент; д — то же, с кирпичной облицовкой; е — бетонный фундамент дома с подвалом; ж — из сборных сплошных бетонных блоков;

1 — бетонная подготовка; 2 — фундаментная стена (цоколь); 3 — фун­даментный стеновой блок; 4 — гидроизоляция; 5 — стена надзем­ной части здания; 6 — бутобетон; 7 — бутовая кладка; 8 — уровень пола первого этажа (±0,00); 9 — кирпичная облицовка: 10 — пол подвала; 11 — песчаная подушка; 12 — надподвальное перекрытие; 15 — отмостка.

Чаще всего такие фундаменты устраивают под зданиями с каменными стенами (крупно­блочными, кирпичными и др.). Равномерная передача ленточными фундаментами нагрузки на осно­вание очень важна, когда на строительной пло­щадке есть неоднородные по сжимаемости грунты, просадочные или слабые грунты с про­слойками.

Ленточные и прерывистые фундаменты:

а — ленточный сборный при отсутствии подвала;

б — прерывистый сборный;

в — ленточный из бутового камня;

г — ленточный при наличии подвала и высоком уровне фунтовых вод

Монолитные ленточные фунда­менты выполняют из бута, бутобетона, бе­тона, железобетона, крупнопористого бетона и грунтобетона.

На скальных грунтах чаще используют бутобетонные фундаменты. Их выполняют из тяжелого бетона марки 75 и выше с введением в бетон по мере возведения фундаментов бутового камня («изюма») до 30—40% объема. Этот мате­риал лучше заполняет неровности по­верхности скального основания. Стенку из бутобетона делают толщиной не ме­нее 0,35 м в зависимости от размера камней заполнения. Бутобетонные фундаменты устраивают по щебеночной под­готовке толщиной 50—100 мм, втрамбованной в грунт.

Ленты фундаментов из бутового камня отли­чаются меньшим расходом цемента, но имеют большую трудоемкость и мате­риалоемкость. Из-за размера камней по стандарту минимальную ширину лент принимают не менее 0,5 м, при применении постелистого бута — плитняка толщина стенки может быть умень­шена до 0,3 м. Для бутовых фундаментов применяют тяже­лые природные камни, обычно из известняка или песчаника марки не ниже 200.

Верхний обрез бутобе­тонных и бутовых фундаментов ввиду неточ­ности плоскости обреза следует увеличить на 80—100 мм.

Для передачи нагрузки на большую пло­щадь основания применяют уширение к по­дошве, которое в бутовых и бутобетонных мо­нолитных фундаментах производится уступа­ми. Высота уступа принимается не менее 300 мм для бутобетонных массивов, а для бу­товых — два ряда кладки, или 350—600 мм. Отношение высоты уступа к его ширине при­нимают из условия исключения растягивающих напряжений в нижней части фундамента в пределах 1,25—1,75, в зависимости от давления на грунт и марки бетона или раствора. При небольших нагрузках на основание и при хороших грунтах ширину фундаментов книзу можно не увеличивать.

.Монолитные ленточные железо­бетонные фундаменты применяют в тех случаях, когда требуется значительное развитие ширины подошвы ленты при мини­мальной ее высоте. Такое решение фундамен­тов встречается редко. Оно может быть при­менено при слабых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод, когда заглубление фундаментов экономически нецелесообразно.

Сборные ленточные фундаменты под стены сооружают из фундаментных блоков-подушек и из фундаментных стеновых бло­ков. Для малоэтажных зданий фундаменты выполняются из фундаментных стеновых бло­ков, образующих соответственно подошву и стену фундамента. Блоки изготовляют сплошными из легкого бетона или пустотелыми из тяжелого бетона (высотой 0,6 м, длиной до 2,4 м и шириной 0,3, 0,4, 0,5 и 0,6 м). Фундаментные стеновые блоки часто выполняют из более прочных ма­териалов, чем надземные стены здания, по­этому фундаментные стены могут быть тонь­ше стен здания. Свес стен здания должен быть при этом не более 130 мм. Фундаментные блоки укладывают на вы­ровненную поверхность основания при песча­ных грунтах или на слой утрамбованного пес­ка толщиной около 100 мм при прочих грун­тах. Под пустотелые подушки следует делать бетонную подготовку.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Расчёт и конструирование сплошных фундаментов

Сплошную фундаментную плиту под всё здание применяют в следующих случаях:

1) отдельные или ленточные фундаменты становятся недостаточными для передачи нагрузки на основание (p > R, p_max > 1,2∙R) и их подошву приходится развивать в поперечном или в обоих (поперечном и продольном) направлениях;

2) необходимо перераспределить усилия между более или менее податливыми участками грунта (благодаря устройству сплошной плиты исключается резкая неравномерность осадок различных частей здания);

3) в основании под подошвой фундамента залегают слабые и неоднородные грунты.

Сплошные фундаменты устраивают как под сеткой колонн, так и под несущими стенами (рис. 34, а, б). Их выполняют плитными безбалочными с уширением-капителью или без неё под монолитные колонны (рис. 34 в, г), а также со сборными или монолитными подколонниками под сборные колонны (рис. 34 д, е), плитно-балочными (ребристыми) (рис. 34, ж) и коробчатыми (рис. 34, з). Конфигурацию и размеры сплошного фундамента в плане устанавливают так, чтобы равнодействующая основных нагрузок от сооружения проходила приблизительно в центре тяжести всей плиты.

Плоские фундаментные плиты (рис. 35, а) рекомендуется применять при расстоянии между колоннами 6…8 м (при отсутствии капителей у монолитных колонн – до 6 м включительно) и нагрузках на колонну до 10 000 кН. Такие плиты отличаются простотой конструкции и технологичностью изготовления. Толщину плиты принимают равной 1/6∙l … 1/8∙l, где l — шаг колонн. В дальнейшем её уточняют расчётом на продавливание от низа монолитной колонны, монолитного или сборного подколонника. В том случае, если прочность плиты на продавливание недостаточна (как правило, это бывает при бескапительном опирании монолитных колонн), то по высоте фундаментной плиты в пределах граней пирамиды продавливания устанавливают вертикальные каркасы с поперечной расчётной арматурой. Армируют плоские фундаментные плиты сварными или вязаными сетками: верхними С-2 и нижними С-1. Верхние сетки укладывают на специальные каркасы-подставки или фиксаторы, расположенные с шагом 50…60 см. Нижние сетки также укладывают на фиксаторы, обеспечивая необходимый защитный слой бетона.

Рис. 34. Конструктивные решения сплошных фундаментов: а – под сетку колонн, б – под несущие стены, в, г – плоские под монолитные железобетонные колонны, д, е – плоские под сборные железобетонные колонны, ж – плитно-балочные (ребристые), з – коробчатые

Плитно-балочные (ребристые) фундаментные плиты (рис. 35, б) рекомендуется применять при нагрузках на колонны свыше 10 000 кН и расстояниях между ними от 9 м и более. Толщину плиты принимают равной 1/8∙l … 1/10∙l. Рёбра устраивают только по осям рядов колонн. Ширину и высоту ребра назначают из тех же условий, что и в ленточных фундаментах под ряды колонн. Плиты армируют верхними С-2 и нижними С-1 сварными или вязаными сетками. В рёбрах устанавливают каркасы К-1 по аналогии с ленточными фундаментами под ряды колонн.

Рис. 35. Армирование сплошных фундаментов: а – плоские, б – плитно-балочные, в – коробчатые

Полые коробчатые фундаменты (рис 35, в) также армируют сетками и каркасами. Они обладают высокой жёсткостью, но требуют гораздо большего расхода бетона и арматуры (почти в два раза по сравнению с плоскими фундаментными плитами). Кроме этого, такие фундаменты сложны в изготовлении и поэтому их применяют в особых случаях при соответствующем технико-экономическом обосновании. При высоте подземного пространства фундаментов более двух метров оно используется в качестве технического этажа.

При проектировании фундаментных плит применяют бетон класса не менее В20 и рабочую арматуру класса А400 (А-III). В качестве монтажной и конструктивной используют арматуру класса А240 (А-I). Коэффициент армирования фундаментной плиты должен быть не менее 0,3 % от рассчитываемой площади её поперечного сечения. Толщину фундаментных плит принимают не менее 50 см и не более 200 см.

Размеры фундаментной плиты в плане (l_1f , l_2f)предварительно назначают исходя из размеров в плане самого здания. При этом консольные выступы от наружных граней стен или рядов колонн рекомендуется принимать не менее предварительно назначенной толщины плиты с целью последующего обеспечения её прочности на продавливание. Затем размеры плиты в плане уточняют расчётом на суммарное действие нормативных вертикальных нагрузок с учётом собственного веса плиты и грунта на её уступах:

,

где — сумма всех нормативных вертикальных нагрузок на фундаментную плиту;

h_gf — глубина заложения фундаментной плиты;

R₀ — условное расчётное сопротивление несущего слоя грунта.

Если А_f > l_1f ∙ l_2f , то ранее принятые размеры плиты в планеуточняют в большую сторону кратно 100 мм. Далее проверяют среднее давление на грунт от нормативных вертикальных нагрузок:

.

При невыполнении указанной проверки размеры плиты в плане вновь увеличивают.

В том случае, если равнодействующая основных вертикальных нагрузок от сооружения приложена примерно в центре тяжести всей плиты, а толщина плиты принята равной или более 1/6 шага колонн или несущих стен, расчёт сплошной фундаментной плиты выполняют приближённым способом. Плиту рассматривают как перевёрнутое железобетонное перекрытие: безбалочное (при плоских фундаментных плитах) или ребристое (при ребристых фундаментных плитах). В последнем случае при соотношении сторон опорного контура l₁/l₂ > 2 выполняют расчёт плиты балочного типа (рис. 36, е), а при отношении указанных сторон l₁/l₂ ≤ 2 — плиты с опиранием по четырём сторонам (рис. 36, д).

Рис. 36. Расчётные схемы к определению отпора грунта в сплошных фундаментах высотных зданий: а – характер действия вертикальных и горизонтальных нагрузок, б – расчётная схема высотного здания, в, г – эпюры отпора грунта по подошве сплошного фундамента и в пределах его отсека, д, е – эпюры изгибающих моментов в отсеке сплошного фундамента при его опирании по контуру и по двум сторонам

Такое перекрытие считают нагруженным равномерно распределённым реактивным давлением грунта р. Его определяют от расчётных нагрузок без учёта веса фундамента и грунта на его уступах:

.

Для высотных зданий учитывают не только вертикальные, но и ветровые горизонтальные нагрузки. В этом случае в пределах габаритов фундамента в зависимости от направления ветровой нагрузки определяют максимальное и минимальное значения реактивного давления грунта (рис. 36, в):

, ,

где М_w — момент от ветровой нагрузки в уровне подошвы фундамента. Его определяют как в консольном вертикальном стержне с жёстким защемлением в уровне подошвы фундаментной плиты (рис. 36 а, б). В дальнейшем при расчёте тех или иных отсеков фундаментной плиты давление грунта усредняют (рис. 36, г).

В случае назначения толщины плоской фундаментной плиты менее 1/6 шага колонн или несущих стен, а толщины ребристой фундаментной плиты менее 1/8 этого шага, расчёт сплошных фундаментных плит следует производить с учётом их совместной работы с основанием. При этом, если расположение нагрузки на фундаментной плите имеет регулярный характер (сетка колонн с шагом l₁× l₂ или система несущих стен с шагом l₁), то возможным является выделение полосы шириной один метр (для несущих стен) или шириной, равной шагу колонн, и расчёт этой полосы по методу местных или общих упругих деформаций в зависимости от характера напластования грунтов. При редком и неравномерном расположении нагрузок на сплошном фундаменте его следует рассчитывать методом конечных элементов. При этом связь фундамента с основанием заменяют пространственной системой жёстких стерженьков по аналогии с методом Жемочкина-Синицина. Расчёт выполняют на ЭВМ с применением программных комплексов Lira, SCAD, MicroFe, MONOMAX и других.

В случае состава основания из нескольких слоёв грунта различного качества расчёт ленточных и сплошных фундаментов выполняют как плиты на обжимаемом слое ограниченной глубины. При этом последовательно производят следующие вычисления:

1) методом послойного суммирования определяют глубину сжимаемой толщи Н_с — уровень от подошвы фундамента, на котором напряжение в грунте от вертикальных нагрузок σ_zp составляет не более 20 % от природного давления грунта σ_zg:

, , ,

, ,

g_gr — объёмный вес грунта обратной засыпки;

h_gf — глубина заложения фундаментной плиты;

α — коэффициент рассеивания, зависящий от соотношения размеров фундамента в плане;

2) уточняют величину Н_с в случае расположения в её пределах слоя грунта с модулем деформации E_gr ≥ 100 МПа или при залегании ниже Н_с слабого грунта с E_gr ≤ 5 МПа; в последнем случае слабый грунт включают в глубину сжимаемой толщи и её величину определяют соотношением

;

3) принимают основание двухслойным: сжимаемый слой высотой Н_с с осреднёнными по вертикали модулем деформации грунта E_gr и коэффициентом Пуасона μ_gr и скала.

В остальном полностью сохраняется последовательность расчёта по методу Жемочкина-Синицина, однако функцию осадки поверхности основания F_kj определяют с помощью таблиц, составленных автором этой методики – профессором С.С. Давыдовым, а не по таблицам Жемочкина-Синицина (В.Н. Байков, Э.Е. Сигалов. «Железобетонные конструкции. Общий курс»).

Область применения и основные конструктивные элементы свайных фундаментов. Шарнирное и жёсткое сопряжение свай с ростверком. Виды свайных фундаментов, классификация свай, конструктивные решения и область применения свай из дерева, металла и железобетона

Необходимость устройства свайных фундаментов возникает, если верхние слои грунта являются слабыми, малопрочными и сильносжимаемыми, то есть малопригодными для устройства на них фундаментов мелкого заложения без улучшения свойств грунтов. Сваи передают нагрузку от сооружения на нижние более уплотнённые и более прочные слои грунта. При этом они способны воспринять и передать гораздо большие нагрузки по сравнению с фундаментами мелкого заложения, а иногда являются и более экономичными, так как при их возведении уменьшается объём трудоёмких земляных работ. В настоящее время свайные фундаменты применяют для зданий высотой девять этажей и более.

Свайным фундаментом называют группу свай, объединённую поверху специальными плитами или балками, именуемыми ростверком. Под сваей понимают относительно длинный стержень, погружаемый в грунт в готовом виде или изготавливаемый в грунте в вертикальном или наклонном положении. Ростверк служит для распределения нагрузки, передаваемой сооружением на отдельные сваи. Нижнюю поверхность ростверка называют его подошвой, верхнюю часть сваи — головой, а её нижний конец — остриём или пятой (уширением). Глубина заложения свайного фундамента определяется расстоянием от уровня планировки грунта до плоскости, проведённой через остриё или пяту сваи. Голову сваи, испытывающей только сжимающие усилия (центрально нагруженный фундамент), заделывают в ростверк на величину 5-10 см. Такую заделку считают шарнирной. Для свай, работающих на выдёргивание (внецентренно нагруженный фундамент), осуществляют жёсткуюзаделку головы сваи в ростверк на величину не менее 30 см и не менее длины анкеровки продольной арматуры сваи.

В практике современного строительства в зависимости от конструктивных особенностей здания, интенсивности и характера внешней нагрузки используют следующие виды свайных фундаментов (рис. 37):

1) одиночные сваи, применяемые для лёгких сооружений, когда нагрузку от колонны здания воспринимает одна свая; такая колонна может являться монолитным продолжением самой сваи; возможен также вариант, когда на голову сваи одевают специальный оголовник, а уже на него устанавливают сборный подколонник или стеновые панели (рис. 37, а, б);

2) ленточные свайные фундаменты, используемые под стены зданий; различают однорядное и многорядное расположение свай в ленте; они могут располагаться правильными рядами (рис. 37, в) или в шахматном порядке (рис. 37, г);

3) свайные кусты, возводимые под отдельными конструкциями (обычно под колоннами каркасных зданий); минимальное количество свай в кусте равно трём (рис. 37, д);

4) сплошное свайное поле под тяжёлыми сооружениями (многоэтажные здания, башенные сооружения, дымовые трубы), когда сваи располагают по некоторой сетке под всем сооружением; по свайному полю устраивают сплошную железобетонную плиту (ростверк), на которую и опираются все надземные конструкции (стены, колонны, оборудование) (рис. 37, ж).

По способу передачи давления от сооружения на основание различают сваи-стойки и сваи трения (висячие сваи). Сваи-стойки (рис. 38, а) прорезают толщу сжимаемых грунтов и своим нижним концом (остриём или пятой) опираются на малосжимаемые грунты. К таким грунтам относятся скальные, полускальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем средней плотности и плотные, плотные песчаные грунты, глины твёрдой консистенции в водонасыщенном состоянии с модулем деформации грунта E_gr ≥ 50 МПа. Остриё (пяту) сваи в этом случае заглубляют в прочный грунт не менее, чем на 0,5…1,5 м в зависимости от конструкции сваи, и не менее троекратного размера её поперечного сечения (диаметра). Перемещение сваи-стойки под нагрузкой практически отсутствует и мобилизация сил трения по её боковой поверхности не происходит. Несущая способность такой сваи определяется прочностью её материала на сжатие и сопротивлением грунта под нижним концом (остриём или пятой).

Рис. 37. Виды свайных фундаментов: а, б – одиночные сваи, в, г – ленточные свайные фундаменты, д, е – свайные кусты, ж – сплошное свайное поле

Висячие сваи (сваи трения) со всех сторон окружены сжимаемыми грунтами. Под действием вертикальной нагрузки такие сваи получают перемещение и на их боковой поверхности возникают силы трения, препятствующие внедрению свай в грунт. Поэтому несущая способность сваи трения определяется не только прочностью её материала на сжатие и сопротивлением грунта под нижним концом, но и сопротивлением грунта по боковой поверхности сваи (рис. 38, б).

Существует несколько способов погружения готовых свай в грунт:

1) забивка механическими, паровоздушными, дизельными или электрическими молотами;

2) погружение с помощью вибраторов (вибромолотов) для прохождения насыщенных водой песков;

3) вдавливание статической нагрузкой в случае невозможности использования динамических воздействий при устройстве свайных фундаментов вблизи существующей застройки;

4) ввинчивание с помощью специального механизма, называемого кабестаном; используется для устройства свайных фундаментов, работающих на выдёргивание; при этом ствол сваи соединяется внизу со специальным башмаком с винтовой лопастью при помощи закладных деталей.

Рис. 38. Характер работы свай в грунте: а – сваи-стойки, б – сваи трения (висячие сваи)

Сваи, изготавливаемые в грунте, подразделяют на набивные и буронабивные в зависимости от способа устройства скважины и бетонирования сваи. Набивные сваи устраивают с помощью предварительной забивки в грунт полой инвентарной трубы с нижним концом в виде железобетонного башмака-наконечника, который остаётся в грунте после извлечения трубы по мере заполнения скважины бетоном. Такие сваи используют при необходимости передачи на грунт больших сосредоточенных нагрузок. Буронабивные сваи применяют в сложных инженерно-геологических условиях для проходки грунтов, содержащих включения валунов, гальки, гравия, а также при реконструкции зданий и усилении фундаментов. Пробуренные скважины заполняют бетоном по специальной технологии.

В практике современного строительства применяют сваи из различных материалов: деревянные, металлические, бетонные и железобетонные. Деревянные сваи ранее широко применялись в строительстве. В качестве материала использовались хвойные смолистые породы дерева – лиственница, сосна, ель. Они пропитывались антисептическими материалами для предотвращения загнивания, что особенно важно для зоны переменного уровня грунтовых вод. В настоящее время деревянные сваи применяют редко, в основном в богатых лесом местностях, когда отсутствуют заводы железобетонных изделий. Деревянные сваи изготавливают из брёвен со снятой корой длиной до 6,5 м и заострённым нижним концом. Если длины одной сваи или сечения одного бревна оказывается недостаточным, то сваи наращивают и объединяют в пакет из двух-трёх брёвен, соединённых параллельно. Такие пакеты имеют одно остриё, на которое одевают металлический башмак. На верхний конец сваи или пакета свай одевают специальное металлическое кольцо (бугель), предохраняющее древесину от размочаливания во время забивки.

Металлические сваи из-за высокой стоимости металла и подверженности его коррозии для капитальных зданий и сооружений используют редко. Их применяют в аварийных ситуациях для обеспечения устойчивости основания и устройства временных опор несущих конструкций. В качестве свай используют стальные трубы диаметром 20…80 см с открытым или закрытым нижним концом, а иногда – широкополочные двутавры и швеллеры. Трубчатая свая после забивки или ввинчивания (в этом случае на конце сваи расположена винтовая лопасть размером до трёх диаметров трубы) может быть заполнена бетоном. Забивные сваи выполняют с конусом, приваренным снизу. По длине сваи могут состоять из секций, которые между собой сваривают или соединяют с помощью навинчивающегося кольца. Обязательным для металлических свай является использование антикоррозионного покрытия.

Железобетонные сваи более универсальны и получили наибольшее распространение в строительстве. Они могут иметь квадратное сечение, в том числе и с круглой полостью, а также полое круглое сечение (рис. 39). В зависимости от грунтовых условий и характера действующих на них нагрузок железобетонные сваи могут изготавливать с поперечной арматурой или без неё, а также с ненапрягаемой или предварительно напряжённой продольной арматурой. По длине свай их поперечное сечение (профиль) может изменяться. По продольному профилю различают сваи призматические (рис. 39, а), цилиндрические (рис. 39, б), пирамидальные (рис. 39, в), ромбовидные (рис. 39, г), трапецеидальные (рис. 39, д), булавовидные (рис. 39, е), камуфлетные (рис. 39, ж) и лопастные (рис. 39, з).

Наиболее распространены призматические сваи с квадратным поперечным сечением. Их размеры варьируются от 20×20 см до 40×40 см с шагом 5 см, а длина составляет 3…20 м. При необходимости получения свай большей длины их стыкуют из нескольких элементов. Стык выполняют на болтах или сварным, для чего по торцам свай устраивают специальные закладные детали. В слабых грунтах с целью экономии бетона используют пустотелые квадратные (с размерами от 25×25 см до 40×40 см и длиной 3…12 м) или круглые сваи (диаметром 40…80 см, с толщиной стенок 8…10 см и длиной 4…12 м). При низкой несущей способности грунта прочность сваи, ослабленной внутренней полостью, оказывается достаточной.

Рис. 39. Железобетонные сваи различного профиля: а – призматические, б – цилиндрические, в – пирамидальные, г – ромбовидные, д – трапецеидальные, е – булавовидные, ж – камуфлетные, з – лопастные

Сваи-оболочки диаметром более 80 см выпускаются с толщиной стенок 12 см и длиной секции 6…12 м. У таких свай нижний конец является открытым. Сваи-оболочки наиболее целесообразно применять при необходимости прорезки слабых грунтов большой мощности, а также при значительных сосредоточенных нагрузках и изгибающих моментах.

Пирамидальные, ромбовидные и трапецеидальные сваи применяют только как висячие с целью более полного использования несущей способности грунта. Так, ромбовидные сваи позволяют уменьшить величину касательных сил морозного пучения грунта при его промерзании. При забивке пирамидальных и трапецеидальных свай происходит уплотнение окружающего грунта с уменьшением его пористости на 15…40 % на расстоянии до трёх диаметров сваи.

Камуфлетные и булавовидные сваи применяют в слабых грунтах, подстилаемых более прочными, для того, чтобы увеличить их несущую способность при работе в качестве свай-стоек.

Минимально допустимые расстояния между сваями в ростверке. Типы свайных ростверков и их предварительное конструирование. Определение несущей способности одиночной железобетонной сваи по материалу

При забивке сваи в грунт происходит его уплотнение в границах цилиндрического тела диаметром 3∙d … 6∙d в зависимости от вида грунта. Особенно неблагоприятными с этой точки зрения являются водонасыщенные глинистые грунты, где процесс погружения сваи сопровождается разрушением структурных связей и возникновением избыточного давления в поровой воде. Таким образом, вокруг сваи возникает напряжённо-деформированная зона. На расстоянии 3∙d от оси сваи величина сжимающих напряжений в грунте уже незначительна, что особенно важнодлявисячих свай. Поэтому для того, чтобы не происходило наложение напряжений от соседних свай, их рекомендуется располагать на расстоянии l_s ≥ 6∙d друг от друга, где d — сторона квадратной сваи или диаметр круглой сваи (рис. 40, б). При 3∙d 4 ;

k = 4 000…10 000 кН/м 4 – коэффициент пропорциональности, зависящий от грунтов, окружающих сваи, и их характеристик;

b_p – условная ширина сваи,

γ_b1 — коэффициент условий работы бетона, учитывающий длительность действия нагрузки: γ_b1 = 1 при учёте в рассматриваемом сочетании кратковременных нагрузок непродолжительного действия (крановой, ветровой) или сейсмической нагрузки; γ_b1 = 0,9 при учёте в рассматриваемом сочетании постоянных и временных длительных нагрузок, а также особых нагрузок, вызванных деформациями просадочных, набухающих и вечномёрзлых грунтов;

γ_b3— коэффициент условий работы бетона, учитывающий снижение его расчётного сопротивления при бетонировании сваи в вертикальном положении: γ_b3 = 0,85 — для набивных и буронабивных свай, γ_b3 = 1 — для забивных свай, так как их изготавливают в горизонтальном положении;

γ_cb — коэффициент условий работы, учитывающий способ бетонирования свай: γ_cb = 1 — для забивных свай или для изготавливаемых в грунте при бетонировании насухо, то есть выше уровня грунтовых вод; γ_cb = 0,9 — при бетонировании насухо в извлекаемой обсадной трубе; γ_cb = 0,8 — при бетонировании в обводнённой скважине в извлекаемой обсадной трубе; γ_cb = 0,7 — при бетонировании в обводнённой скважине под глинистым раствором или под избыточным давлением воды (без обсадных труб);

R_b — расчётное сопротивление бетона сваи сжатию; для железобетонных свай с ненапрягаемой продольной арматурой используют бетона класса не ниже В15, а для свай с продольной напрягаемой арматурой — не ниже В25;

A_b — площадь поперечного сечения сваи;

R_sc — расчётное сопротивление продольной арматуры сваи сжатию; в качестве ненапрягаемой используют арматуру класса А300 (А-II) или А400 (А-III), а в качестве напрягаемой — класса А600 (А-IV) и выше;

A_s — площадь поперечного сечения продольной рабочей арматуры сваи.

Рис. 42. Расчётные схемы свай при их шарнирном (а) и жёстком (б) соединении с ростверком

В качестве конструктивной арматуры (спирали, сетки) применяют В500 (Вр-I) и А240 (A-I). Подъёмные петли выполняют из арматуры класса А240 (A-I).

Несущую способность железобетонных свай, работающих на выдергивание, определяют по формуле

,

R_bt — расчётное сопротивление бетона сваи растяжению;

R_s — расчётное сопротивление растяжению продольной арматуры сваи.

Источник

Читайте также:  Утепление фундамента пенополистиролом фундамент плита