Принципы выбора типа фундамента

Глава 3. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ВЫБОРА ТИПА ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основания и фундаменты зданий и сооружений служат для восприятия нагрузок от строительных конструкций, технологического оборудования и нагрузок на полы.

Проектирование оснований и фундаментов выполняется в соответствии с действующими СНиП [4, 5, 6]. При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать следующие положения:

• – обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации сооружения не должны превышать допустимые);
• – максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов;
• – максимальное использование прочности материала фундаментов;
• – достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости.

Выбор типа оснований или конструктивных решений фундаментов выполняется на основании сравнений технико-экономических показателей, получаемых с помощью вариантного проектирования [1, 2, 3, 7].

3.2. ТИПЫ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

При большом различии инженерно-геологических условий площадок строительства на территории СССР, а также разнообразии конструкций зданий и сооружений, применяемых в массовом строительстве, используются в основном столбчатые, ленточные и плитные фундаменты на естественном, уплотненном или искусственно закрепленном основании и свайные фундаменты.

Предварительная оценка области применения фундаментов различных типов в зависимости от грунтовых условий может быть выполнена с помощью табл. 3.1, в которой указаны случаи безусловного применения фундаментов соответствующего типа либо случаи, когда необходимо выполнение вариантного проектирования.

3.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Под технико-экономическими показателями оснований и фундаментов зданий и сооружений понимаются технические и экономические характеристики проектного решения.

К техническим показателям относятся тип оснований и конструкции фундаментов, расчетные данные о деформируемости и прочности грунтов основания (ожидаемые осадки, перемещения, крены и т.п.), данные об использовании прочности материала фундаментов, материалоемкость. к экономическим показателям относятся приведенные затраты, сметная стоимость (себестоимость), трудоемкость изготовления и возведения, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техническую базу строительства, эксплуатационные расходы (если деформируемость оснований требует дополнительных затрат на ремонт или усиление конструкций зданий либо сооружений для обеспечения их пригодности в течение эксплуатационного периода). Полный перечень экономических показателей приведен в табл. 3.2.

ТАБЛИЦА 3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

Основания	Грунты		Тип фундамента
	прорезаемые	основания	на естественном основании	на уплотненном или искусственно закрепленном основании	свайные
Однослойные	Слабые Средние Прочные		± ± +	± ± –	± ± –
Двухслойные	Слабые	Средние Прочные	± ±	± ±	± +
	Средние	Слабые Прочные	– ±	± –	± ±
	Прочные	Слабые Средние	± ±	± ±	– –

Условные обозначения: «+» — рекомендуется для применения; «±» — требуется вариантное проектирование; «–» — не рекомендуется для применения.

ТАБЛИЦА 3.2. ПОЛНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Показатели	Единица
Стоимостные
Приведенные затраты	руб.
Сметная стоимость (себестоимость) возведения оснований и фундаментов	– || –
Капитальные вложения в материально-техническую базу строительства	руб./год
Эффект от ускорения строительства	руб.
Экономическая оценка фактора дефицитности стали	– || –
Эксплуатационные затраты	– || –
Натуральные
Продолжительность возведения	смена
Затраты труда, всего	чел.-дн.
В том числе: на изготовление материалов, конструкций, полуфабрикатов и их транспортирование на устройство оснований и возведение фундаментов	– || –

– || – Расход основных материалов:
стали (приведенной к стали класса А-I)
цемента (приведенного к марке 400)
топлива (в пересчете на условное) кг
– || –
– || –

Технико-экономические показатели определяются, как правило, для основания и фундаментов здания и сооружения. Для анализа технико-экономических показателей вариантов проектных решений фундаментов должна быть выбрана сопоставимая единица измерения. В качестве такой единицы могут приниматься 1 м 2 общей площади здания, 1 фундамент, 1 м стен, единица расчетной нагрузки от здания или сооружения и т. п.

Оптимальное проектное решение принимается по минимуму приведенных затрат [1]. Приведенные затраты определяются с учетом себестоимости возведения основания и фундаментов, капитальных вложений в материально-техническую базу строительства, эксплуатационных затрат, фактора дефицитности материальных ресурсов и экономического эффекта, который может быть получен в случае сокращения общей продолжительности строительства. При отсутствии информации о различии продолжительности и трудоемкости устройства фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определения показателей приведенных затрат, допускается на стадии разработки проекта использовать показатели сметной стоимости.

Анализ других показателей выполняется для выявления факторов, влияющих на рациональность применения того или иного решения, и определения путей совершенствования конструкций фундаментов. Например, себестоимость служит для определения возможного снижения стоимости устройства оснований и фундаментов за счет применения рациональных решений. Аналогичное назначение имеет анализ показателей материалоемкости, трудоемкости изготовления, продолжительности работ. Показатели материалоемкости и капитальных вложений в материально-техническую базу строительства используются также для обоснования предложений по развитию более эффективных конструкций (фундаментов, свай и др.) и определения требуемых объемов капитальных вложений в строительную индустрию.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Основные понятия и терминология. Общие принципы выбора оснований и фундаментов.

Фундаментом называется подземная или подводная часть здания или сооружения, служащая для передачи усилий от него на грунты основания и, по возможности, более равномерного их распределения, а также уменьшению величины давлений до требуемых значений.

Мировой опыт строительства показывает, что большинство аварий построенных зданий и сооружений вызвано ошибками, связанными с возведением фундаментов и устройством оснований, что проявляется в накоплении грунтами основания достаточных деформаций, т.е. как правило в период эксплуатации.

Стоимость фундаментов составляет в среднем 12% от стоимости строительства, а в сложных ИГУ может достигать 20-30 % и более. Поэтому необходимо уметь принимать (проектировать) абсолютно обоснованные и экономически выгодные конструктивные решения фундаментов.

Общие принципы выбора оснований и фундаментов

Выбор конструкции фундамента при проектировании следует начинать с оценки объема и качества инженерных изысканий с точки зрения достаточности имеющихся данных для разработки равнонадежных конструкций фундаментов.

При оценке оснований и проектировании фундаментов незаменимыми являются полевые методы исследования грунтов.

С помощью статического зондирования возможно определение стратиграфического напластования грунтов, выявление прослоев слабых грунтов, физических и механических характеристик свойств грунтов. При проектировании фундаментов мелкого заложения объектов геотехнической категории I и свайных фундаментов геотехнической категории II результаты зондирования могут непосредственно использоваться для определения несущей способности и деформативности оснований и фундаментов.

При выборе типа фундаментов конкретного здания или сооружения на предварительных этапах проектирования рекомендуется руководствоваться Территориальными строительными нормами проектирования фундаментов зданий и сооружений, в которых приведены данные инженерно-геологических условий районов, намечаемых под застройку значительными объемами строительства( например, для СПб ТСН 50—302—2004 ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ (для Москвы ТСН 50-304-2000. Основания, фундаменты и подземные сооружения) .

При выборе типа фундамента и определении состава проекта рекомендуется учитывать геотехническую категорию проектируемого объекта, устанавливаемую в соответствии с ТСН.

Принятый метод расчета должен обеспечить ненаступление как предельного состояния по несущей способности, так и по деформациям.

Может быть использован, в зависимости от геотехнической категории объекта, один из следующих методов:

прямой метод, в котором выполняются независимые расчеты для каждого предельного состояния;

косвенный метод, в котором выполняется расчет для одного из предельных состояний с учетом показателей, подтверждающих, что другое предельное состояние маловероятно;

эмпирический метод, в котором параметры фундаментов и несущих конструкций подземных сооружений назначаются на основе опыта проектирования и строительства в аналогичных условиях.

При проектировании следует учитывать уровень ответственности сооружения в соответствии с ГОСТ 27751 – Надежность строительных конструкций и оснований: I — повышенный, II — нормальный, III – пониженный.

Повышенный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений, отказы которых могут привести к тяжелым экономическим, социальным и экологическим последствиям (резервуары для нефти и нефтепродуктов вместимостью 10000 м 3 и более, магистральные трубопроводы, производственные здания с пролетами 100 м и более, сооружения связи высотой 100 м и более, а также уникальные здания и сооружения).

Нормальный уровень ответственности следует принимать для зданий и сооружений массового строительства (жилые, общественные, производственные, сельскохозяйственные здания и сооружения).

Пониженный уровень ответственности следует принимать для сооружений сезонного или вспомогательного назначения (парники, теплицы, летние павильоны, небольшие склады и подобные сооружения).

При расчете несущих конструкций и оснований следует учитывать коэффициент надежности и ответственности , принимаемый равным для:

I уровня ответственности — более 0,95, но не более 1,2;

III уровня — менее 0,95, но не менее 0,8

Инженерные изыскания для строительства, проектирование оснований и фундаментов и их устройство должны выполняться организациями, имеющими лицензии на эти виды работ.

Инженерные изыскания для строительства должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 11-02-97 Инженерные изыскания для строительства, СП 11-102— Свод правил. Инженерно-экологические изыскания для строительства, СП 11-104 — Свод правил. Инженерно-геологические изыскания для строительства, СП 11-105 — Свод правил.Инженерно-геологические изыскания для строительства, государственных стандартов и других нормативных документов по инженерным изысканиям и исследованиям грунтов для строительства.

Наименование грунтов оснований в описаниях результатов изысканий и в проектной документации следует принимать по ГОСТ 25100— Грунты. Классификация.

Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис.1,а), и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис.1,б) и безростверковая опора (рис.1,в).

В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения.

Рис. 1а. Виды фундаментов

а — фундамент опоры моста из одного несущего элемента (1- надфундаментная часть опоры, 2-фундамент, 3-поверхность грунта (дно водотока), 4-уровень размыва, 5-несущий пласт грунта, 6-условный контур основании\, 7-подошва фундамента. 8-боковая грань фундамента, 9-уступ, 10- обрез фундамента; А-высота фундамента; d₁ – расчетное заглубление фундамента в грунт

Рис. 1 б. Виды фундаментов

б — фундамент из куста несущих элементов (1- надфундаментная часть опоры, 2-фундамент, 3-ростверк, — 4-тампонажный слой бетона, 6-несущий элементы, 7- уровень размыва, 8-несущий пласт грунта, 9-подошва тампонажного слоя,10- боковая поверхность ростверка, 11- обрез фундамента

Рис. 1в. Виды фундаментов

в- безростверковая опора (1-подферменная плита (насадка). 2- стойка, 3- фундамент стойки, 4-поверхность грунта (дно водотока), 5- уровень размыва

Фундаменты мелкого заложения – это фундаменты, устроенные в заранее отрытых котлованах и тран­шеях и имеющие глубину заложения подошвы до 5. 6 м.

Фундаментом глубокого заложения можно считать фундамент, отвечающий сочетаниям следующих условий:

имеющий заложение подошвы иа глубине свыше 6 м; при этом относительное заглубление dn/b должно быть более 1,5 . 2;

устроенный глубоким погружением в грунт (без отрытия кот­лована) опор, что позволяет при расчете его несущей способности учесть повышенное сопротивление грунта не только под подошвой, но и по всей боковой поверхности. Последнее обстоятельство очень важно при работе фундаментов на горизонтальные усилия.

Основанием называется массив грунта, находящийся непосредственно под сооружением и рядом с ним, который деформируется от усилий, передаваемых ему с помощью фундаментов. Таким образом, основание — толща грунтов, на которых возводится сооружение и в которых возникают напряжения и деформации от передаваемых на них нагрузок (рис.2).

Если строительные свойства грунтов основания мы специально не улучшаем и не изменяем, то такое основание называется естественным в отличие от искусственного, в котором строительные свойства грунтов преднамеренно нами улучшены для того, чтобы уменьшить сжимаемость грунтов, увеличить их прочность, изменить водопроницаемость и др.

Основания, созданные искусственно уложенными грунтами в результате отсыпки с уплотнением или намыва, также называются искусственными.

Рис. 2 Основание и фундамент

Таким образом, проектирование оснований и фундаментов должно включать в себя обоснованный расчетом выбор типа основания (естественное или искусственное); типа конструкции, материала и размеров фундаментов (глубина заложения, размеры, площади подошвы и т.д.), а так же ряда мероприятий, применяемых при необходимости уменьшения влияния деформаций основания на эксплуатационную пригодность и долговечность сооружения.

Конструирование фундаментов (класс бетона, выбор арматуры, определение размеров отдельных его частей и т.п.) относится к курсу железобетонных конструкций.

Основания делятся на:

Скальные — массивная горная порода, обладающая большой прочностью и малой сжимаемостью.

Грунтовые — раздробленная горная порода (минерально-дисперстное образование) – результат физического и химического выветривания массивных горных пород. Грунтовое основание обладает большой сжимаемость и малой прочностью, что необходимо учитывать при проектировании.

Проектирование ОиФ производится в соответствии с нормативными документами. Общие принципы проектирования заложены в своде правил по проектированию и устройству оснований зданий и сооружений СП 50-101-2004, которые разработаны в развитие обязательных положений и требований СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений, СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты.

Свод правил содержит рекомендации по проектированию и устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений, в том числе подземных и заглубленных, возводимых в различных инженерно-геологических условиях, для различных видов строительства.

Источник