Научная работа по фундаментам

Исследовательская работа по ТиОСП

Министерство образования и науки Республики Татарстан

Государственное бюджетное учреждение среднего профессионального образования

«Казанский строительный колледж»

«Строительство и эксплуатация зданий и сооружений»

Выполнил: студент гр. С 11-27

Принял: Л.А. Чулкова

1.1 Свайный фундамент

1.2 Что такое свайный фундамент?

2. Устройство свайного фундамента

2.1. Где нужно применять свайный фундамент?

2.2 Достоинства и преимущества свайного фундамента

Список используемой литературы

Строительство испокон веков является неотъемлемой частью нашей жизни. Строительство зданий и сооружений должно быть качественно продумано с точки зрения технологии, экономики, эстетики, экологии. Все эти критерии строительства должны соблюдаться на каждом отдельном этапе строительства: земляные работы, возведение стен, монтаж конструкций, устройство крыши. Я хочу посмотреть в своей работе основной, даже можно сказать главный, этап строительства: возведение фундамента. В строительстве есть разные виды фундаментов, я рассматриваю свайный фундамент.

И так,
Актуальность темы исследовательской работы раскрывается следующими положениями:

1) Строительство, было, есть и будет всегда.

2) Люди с каждым годом ищут все более лучшие и качественные материалы для фундаментостроения.

3) Люди осваивают земли, в районах с менее устойчивыми грунтами и с сейсмическими районами.

Проблема рационального проектирования свайных фундаментов является актуальной в области современного фундаментостроения. Особенно остро эта проблема стоит при строительстве в сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, в которых во многих случаях целесообразным, а иногда и единственно возможным и приемлемым решением, является применение свайных фундаментов. Как показывает практика, доля затрат на возведение конструкций подземных частей зданий и сооружений на свайных фундаментах составляет до 20% от общего объема бетона и железобетона, применяемого при строительстве.

Одним из важнейших направлений повышения экономической эффективности и надежности свайных фундаментов является совершенствование методов их расчета и проектирования.

Достижения отечественных и зарубежных ученых, изучавших различные аспекты работы свайных фундаментов, позволили проектировщикам и строителям успешно решать сложные задачи проектирования и возведения сооружений в сложнейших условиях, учитывая при этом необходимость сокращения сроков строительства и экономии средств. Решению поставленных задач способствовало и развитие численных методов расчета, широко используемых в современном проектировании. Нельзя не отметить и вклад проектировщиков и строителей, которые способствовали внедрению новых научных разработок и методов расчета, дали путевку в жизнь современным технологиям устройства свай, обеспечили проверку их на практике, способствовали развитию свайного направления в современном фундаментостроении.

Благодаря совместным усилиям ученых, проектировщиков и строителей был достигнут значительный прогресс, как в этой области строительства, так и в строительстве в целом, что позволило вывести проектирование свайных фундаментов на современный уровень.

Наряду с научными достижениями, развитием новых технологий и технической базы строительства немаловажное значение для повышения экономической эффективности применения свай является и поиск их оптимального проектного решения. Так, одну и ту же несущую способность свайного фундамента можно обеспечить различным путем: увеличить размер поперечного сечения свай, но уменьшить их длину, не менять длину, но за счет увеличения сечения свай уменьшить их число в фундаменте и т.д., т.е. практически всегда существует возможность выбора оптимального решения, но оно далеко не всегда очевидно, что и поставило вопрос о разработке алгоритма его поиска, учитывающего не только взаимовлияние свай при их совместной работе в составе фундамента, но и участие в работе низкого ростверка .

Неразработанность и вместе с тем важность темы исследовательской работы также подчеркивает актуальность нашего теоретического исследования.

Объектом исследования является свайный фундамент в современном фундаментостроении.

Предметом исследования – качество, долговечность, технологичность, экономичность и экологичность свайного фундамента в современном фундаментостроении.

В связи с этим в исследовательской работе была поставлена задача, изучить плюсы и минусы свайного фундамента в современном фундаментостроении.

Возможность экономии средств уже на стадии проектирования позволяет считать актуальным исследование, направленное на разработку метода оптимизации параметров свайного фундамента, учитывающего взаимовлияние его составных элементов « ростверк — группа свай — грунт» и достижения на этой основе оптимального сочетания экономичности и надежности проектных решений.

Из вышеизложенного формулируется следующая цель исследовательской работы.

Цель исследовательской работы:

— изучить особенности использования свайного фундамента,понять плюсы и минусы свайного фундамента в современном фундаментостроении.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

— проанализировать имеющиеся теоретические материалы по свайным фундаментам;

— разобраться с условиями их применения.

Научная новизна и практическая ценность работы характеризуются следующими результатами:

— возможность экономии средств уже на стадии проектирования.

— возможность применения данного типа фундамента в сейсмических, мерзлых районах и в менее устойчивых грунтах.

— на основании теоретических исследований выявлены условия применения данного типа фундамента.

Исследовательская работа состоит из введения, 6 пунктов с подпунктами, заключения, списка использованной литературы и носит исключительно теоретический характер.

1.1 Фундамент—строительная несущая конструкция , часть здания, сооружения, которая воспринимает все нагрузки от вышележащих конструкций и распределяет их по основанию . Как правило, изготавливаются из бетона , камня или дерева .

Фундаменты, как правило, закладываются ниже глубины промерзания грунта, для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На непучинистых грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглубленные фундаменты (фундамент, находящийся выше уровня промерзания грунта). Такой тип фундамента подходит в основном для небольших садовых домиков, летних бань и хозяйственных построек.

Для строительства зданий применяются ленточные, стаканные, столбчатые, свайные и плитные фундаменты. Они бывают сборные, монолитные и сборно-монолитные. Выбор фундамента зависит от сейсмичности местности, грунта и от архитектурных решений.

Изготовление фундамента из бетона возможно при температуре выше 5°С, что накладывает существенные ограничения на сезонность выполнения строительных работ. Проведение работ при более низких температурах возможно с использованием технологии электропрогрева .

1.2 Классификация фундаментов:

По назначению

Комбинированный, то есть способный, в дополнение к несущим функциям, выполнять еще и функции сейсмической защиты ;

Неглубокого заложения на естественных основаниях или искусственных;

Специальные, например, экспериментальные антисейсмические «качающиеся» фундаменты; «плавающие» фундаменты, давление которых равно давлению вынутого грунта и другие.

По материалу

По типу конструкции

1. Столбчатый фундамент (монолитный-из бетона,бутобетона),кирпичный или каменной кладки.

2. Ленточный (сборный или монолитный):

заглубленный (ниже глубины промерзания);

малозаглубленный (выше глубины промерзания);

3. Свайный (сборный или монолитный):

на забивных сваях;

на буронабивных сваях;

на набивных сваях;

6.Континуальные, то есть очень объёмные, большие, чаще всего близкие к форме круга или квадрата, которые нельзя рассматривать как отдельностоящий столбчатый, плитный, ленточный или свайный фундамент. Обычно это: опоры мостов, силосов, бункеров и т. д.

В своей исследовательской работе я хочу рассмотреть один из наиболее часто используемых фундаментов в современном фундаментостроении- свайный фундамент.

1.1. Свайный фундамент

Устройство свайных фундаментов известно с глубокой древно­сти. В ряде стран до сих пор сохранились остатки свайных фунда­ментов, сооруженных за много веков до нашей эры. Однако многие века устройство свайных фундаментов было ограничено материалом свай и способом их погружения. До середины XIX в. сваи изготовляли исключительно из дерева. Это ограничивало область их применения, так как в условиях переменного увлажнения дере­вянные сваи быстро загнивают. Поэтому, как правило, деревянные сваи применяли и применяют только в тех случаях, когда они полностью погружены ниже самого низкого уровня грунтовых или поверхностных вод. Только в последнее время появились способы консервирования древесины, благодаря чему можно повысить срок службы деревянных свай в условиях переменного увлажнения их и высыхания.

Несовершенны были и методы погружения свай. Как правило, сваи забивали молотом, подвешенным на канате к треноге. Такой способ забивки был малопроизводителен и, кроме того, часто яв­лялся причиной производственного травматизма среди рабочих, забивавших сваи.
В 1828 г. русский военный специалист Маслов сконструировал первый механический копер для погружения свай. По существу с этого момента началась история широкого развития свайных фун­даментов.

В 1889 г. инж. С. А. Арциш изобрел паровой сваебойный молот одиночного действия, надолго вошедший в практику строительства. После окончания первой мировой войны появились сваебойные молоты двойного действия, весьма удобные как для погружения, так и для выдергивания свай.

Появление железобетона позволило устраивать из этого материала свайные фундаменты, независимо от уровня грунтовых или поверхностных вод. Для забивки железобетонных свай были созда­ны мощные сваебойные агрегаты — копры с паровыми молотами. Начиная с конца XIX в. свайные фундаменты завоевывают всё боль­шее признание.

Бетон на гидравлическом вяжущем стал основой развития дру­гого метода устройства бетонных свай — непосредственно в грунте, в заранее подготовленных скважинах. Впервые такой способ уст­ройства свайных фундаментов был применен А. Э. Страуссом в 1899 г. при постройке здания управления Юго-западных же­лезных дорог в Киеве. С этого времени наряду с применением за­бивных свай начинается развитие конструкций набивных свай, изготовляемых непосредственно в грунте.

Термины «забивные» и «набивные» сваи, ставшие общеприняты­ми, определяют основной принцип технологии и изготовления свай. Вместе с тем с развитием строительной техники такое деление не­которых видов свай провести затруднительно.

В дальнейшем начали внедрять новые способы погружения го­товых свай — вибропогружением, вдавливанием, вибровдавливанием и др. Появились металлические и железобетонные сваи, не за­биваемые, а завинчиваемые в грунт. В условиях вечной мерзлоты образуют бурением лидерные скважины и затем погружают в них готовые сваи.

К набивным сваям стали относить и так называемые песчаные или грунтовые сваи, поскольку технология их устройства анало­гична технологии устройства набивных бетонных свай. В действи­тельности, грунтовые сваи работают в грунте совершенно иначе, чем набивные бетонные.

Совершенствование технологии производства свайных работ и создание новых агрегатов для погружения готовых или устройства набивных свай приводят к созданию новых их видов.

В практике устройства свайных фундаментов все большее при­менение находят сваи с уширенной пятой. Уширение пяты повыша­ет несущую способность сваи за счет передачи давления на боль­шую площадь основания. Оказалось возможным устраивать уши­ренную пяту как у готовых, так и у набивных свай.

Армирование набивных свай с уширенной пятой позволяет ши­роко применять их в таких условиях, когда они работают на выдер­гивание.
В настоящее время свайные фундаменты по мере развития точ­ности их изготовления и погружения начинают вытеснять другие виды фундаментов.

Много нового внесено в методику определения несущей способ­ности свай. На основе известных в XIX в. закономерностей теории линейно-деформируемой среды и характеристик физических свойств грунтов были предложены теоретические формулы для определения несущей способности свай. За рубежом обычно приме­няется формула Дёрра. В Советском Союзе была принята формула В. К. Дмоховского.

В России и за рубежом было разработано много формул, осно­ванных на том или ином использовании общего уравнения работы падающего груза. В России и во многих зарубежных странах принята формула Н. М. Герсеванова, как наиболее полно отражающая все стороны работы по забивке сваи. С появлением способа вибропогружения свай формулу для определения их несу­щей способности предложил Б. П. Татарников.

В настоящее время Строительными нормами и правилами (СНиП II-Б. 5-67) рекомендованы формулы, достаточно полно учитывающие все факторы, влияющие на несущую способность свай.

На основе разработки Д. Д. Барканом вопросов воздействия на грунт динамических нагрузок были созданы различные типы вибро­погружателей. Участие в этой работе принимали А. Я. Луснин, О. А. Савинов, С. А. Цаплин и др.

В последние десятилетия разработаны такие эффективные мето­ды производства работ по погружению свай, как применение элек­троосмоса, различного рода обмазок из синтетических смол и глин и тиксотропных рубашек.

Использование электроосмоса для погружения свай впервые было предложено в 1938 г. инж. Б. Ф. Рельтовым и А. В. Новико­вым, а затем усовершенствовано коллективом сотрудников-кафед­ры «Основания и фундаменты» Ленинградского института инжене­ров железнодорожного транспорта. Погружение свай в тиксотропных рубашках разработано по предложению Б. М. Гуменского и начинает получать большое распространение.

Совершенствовали методы устройства и создавали новые виды набивных свай русские и советские ученые А. Э. Страусе, Г. Л. Мед­ведев, Н. М. Соколов, А. А. Луга, Е. В. Платонов, Е. Л. Хлебников, Г. Г. Шенайх, Ю. М. Абелев, Д. А. Романов и др. За рубежом эти­ми вопросами занимались Вольфсхольтц, Франк Шуман, Франки, Харлеи, Эббота,

Вильхельми и др.

Примерами развития новых способов устройства свай могут служить пустотелые сваи и сваи-оболочки длиной до 60 м, несущие в отдельных случаях нагрузки до 1000 т и более. Такие сваи успеш­но конкурируют с фундаментами глубокого заложения. В граждан­ском и особенно в жилищном строительстве обычные фундаменты неглубокого заложения, по предложению Л. М. Пешковского, все чаще заменяются фундаментами из коротких свай.

Короткие сваи (длиной 3-6 м) представляют большой интерес, так как применение их вместо ленточных фундаментов резко сокра­щает объем земляных работ, удешевляет строительство и позволяет без затруднений устраивать фундаменты в зимнее время.

Установлена закономерность, заключающаяся в том, что чем больше нагрузка, передаваемая на фундамент, тем эффективнее становится устройство свайных фундаментов по сравнению с лен­точными или столбовыми. Так, при нагрузке на колонну порядка 800-1000 т может потребоваться фундамент с площадью подошвы до 40-50 м2, т. е. свайный фундамент в таком случае будет гораздо экономичнее. Поэтому в настоящее время почти 20% всех промышленных и гражданских зданий возводят на свай­ных фундаментах.

Повысить тех­нико-экономическую эффективность таких фундаментов можно путем использования более современных конструкций свайных фун­даментов и методов их устройства с использованием высокопроизво­дительных сваепогружающих и специальных агрегатов для устройства набивных свай, прогрессивной организации произ­водства.

Свайный фундамент используется человечеством довольно давно. Винтовые сваи были изобретены в 1838 в Англии, несколько позже (в 1899 году) появилась набивная бетонная разновидность свай. Изначально они применялись для строительства причалов, маяков и других сооружений на воде, так как подводное бетонирование чрезвычайно дорого. Кроме этого, свайные фундаменты незаменимы при строительстве на Крайнем Севере, где приходится возводить здания на вечной мерзлоте.

Во всех этих случаях применяются промышленные изделия, изготовленные чаще всего из толстолистовой стали с диаметром лопастей не менее 500-850 мм. В последнее время свайные фундаменты успешно применяются в жилищном и особенно дачном строительстве.

1.2. Что такое свайный фундамент

Свайный фундамент – это совокупность свай, объединенных ростверком. Сваями называют элементы, имеющие довольно значительную длину и расположенные в грунте вертикально или наклонно. Они могут быть выполнены из различного материала (железобетона, стали, дерева и др.) в виде столбов с заостренным концом, которым ввинчиваются, вдавливаются или забиваются в грунт.

Эти элементы располагаются в местах максимальной нагрузки и обязательно в местах смыкания несущих стен. В зависимости от имеющихся нагрузок сваи могут быть одиночными (расположенными под отдельные опоры) и кустовыми (группами из нескольких свай).

Ростверк представляет собой бетонную или железобетонную плиту, располагающуюся поверх свай. Именно эти плиты, являясь несущими конструкциями, передают нагрузку от надземных частей здания на сваи.

Виды свай применяемых для изготовления свайного фундамента

По виду применяемых материалов сваи делятся на деревянные (которые из-за гниения древесины почти не используются), металлические (применяются очень редко по причинам дороговизны самого металла, время- и финансовозатратных антикоррозийных мероприятий и работ, для которых нужна специальная техника), бетонные и железобетонные (ЖБИ) .
По характеру работ: сваи-стойки (они проходят сквозь слабые слои и передают давление от здания на плотный материковый грунт или скальные породы) и висячие сваи (они погружаются в сжимаемый грунт и передают нагрузку боковыми поверхностями).
По способу погружения в грунт существует несколько основных категорий:

1. Набивные сваи, которые бывают бетонные или железобетонные. Они, в свою очередь, в зависимости от вида сечения подразделяются на прямоугольные, круглые полые, квадратные, квадратные с круглой полостью. По виду армирования: с предварительно напряженной арматурой (прядевой продольной или стержневой) и с ненапрягаемой арматурой. По конструкции: с камуфлетной пятой, с открытым или закрытым нижним концом.

Набивные сваи изготовляют путем укладки бетона класса В15 (М200) и выше с арматурой или без нее в заранее пробуренные или выполненные при помощи обсадных труб отверстия. Основные преимущества таких свай: низкая стоимость, т.к. они изготавливаются прямо на месте, значит, отпадает надобность в специальных формах для их изготовления и транспортировке; возможность устройства фундамента вблизи других объектов в условиях недостатка свободных площадей, одинаковое соприкосновение с грунтом независимо от его состава и длины сваи. Недостаток только один: невозможность контроля качества.

К этому же типу относятся и буронабивные сваи, которые представляют собой изготовленные в заводских условиях изделия, устанавливаемые в заранее пробуренные отверстия. Существует более современная разновидность набивных свай – инъекционные сваи. Суть их применения заключается в том, что сверлится сравнительно тонкое отверстие (L/d = 80-120) в которое вставляется одиночная арматура (арматурный стержень) и в скважину закачивается под давлением цементный раствор . Затем производится опрессовка водой. Такая технология хорошо зарекомендовала себя для усиления уже существующих фундаментов.

2. Забивные сваи. Они представляют собой уже готовые изделия и забиваются в грунт при помощи специальной техники (копра, вибропогружателей, сваевдавливающих установок и т.д.). По виду подразделяются на призматические, трапециевидные и цилиндрические, в виде трубы с окаймляющим кольцом на стыке для наращивания звеньев сваи. Трубчатые сваи с железобетонными опорными кольцами отличаются очень высокой несущей способностью, к тому же они, по сравнению со сплошными, более экономичны.

3. Винтовые сваи, которые бывают со стальным или железобетонным наконечником, так же, как и сваи с раскрывающимися шарнирными упорами, применяются для зданий, имеющих большие горизонтальные нагрузки. Если преобладают вертикальные нагрузки, сваи устанавливают вертикально, при значительных горизонтальных нагрузках иногда применяют способ наклонной установки. Винтовые сваи противостоят опрокидыванию и выдергиванию фундаментов на разных типах грунта .

Виды свайных фундаментов

Свайные фундаменты бывают ростверковые и безростверковые. Безростверковые фундаменты – это свайные поля или свайные ленты, непосредственно на сборные оголовки которых устанавливается здание. Обычно для безростверковых фундаментов применяют железобетонные забивные сваи с квадратным сечением. Такие фундаменты можно применять только в нормальных условиях. Для устройства их в сейсмоопасных районах, на набухающих грунтах и в некоторых других случаях должны проводиться специальные исследования.

Ростверковые фундаменты – это фундаменты, в которых сваи объединены ростверком ( железобетонными плитами либо балками). Благодаря ним, нагрузка на грунтовое основание и сваи передается равномерно. Различают три вида ростверков: монолитные, сборные и сборно–монолитные. По месторасположению они бывают высокие и низкие. Первые, расположенные ниже поверхности грунта, передают вертикальное давление частично на грунт, частично – на сваи, вторые – только на сваи.

Размещение свай в фундаменте

Различают следующие виды расположения свай:

— одиночное, при котором сваи расположены под отдельными опорами;

— ленточное – когда сваи расположены в один ряд по всему периметру фундамента. Чаще всего применяется в частном строительстве;

— свайные полосы (гребенки) – когда сваи располагаются в 2 и более рядов под ростверки большой протяженности. Чаще всего эту технологию применяют при строительстве жилых и промышленных зданий;

— свайные кусты – небольшое количество свай, которые расположены в основном под несущими колоннами, стойками и т.д. или при отдельно стоящем высоком сооружении, например, дымовой трубе.

— свайное поле – оно располагается под монолитным или сборным ростверком большого размера. Во всех случаях, когда сваи размещаются больше, чем в один ряд, их можно располагать рядовым способом или в шахматном порядке.

Если говорить о частном строительстве, предполагающем возведение сравнительно небольших и легких домов, то наиболее часто применяются буронабивные и стальные винтовые сваи. Также иногда используют и забивные сваи из дерева. Впрочем, это скорее экзотика. Учитывая сравнительно небольшой вес возводимых домов при частном строительстве, максимальная длина свай не превышает 6 м.

Источник