Технико-экономическое сравнение

Лекция 1 Основные понятия и определения

Основанием сооружения называется толща природных напластований горных пород, которая воспринимает нагрузку от фундамента и сооружений. Существует 2 типа оснований: естественные и искусственные. Естественное сложено природными грунтами в условиях естественного залегания. Искусственные – это основания, которые предварительно уплотнялись или закреплялись.

Фундамент – это подземная или подводная часть сооружения, которая служит для передачи нагрузки от сооружения на основание.

- 0,15

1 – подошва фундамента - поверхность опирания фундамента на основание;

2 – обрез фундамента – граница между отдельными фундаментами;

d – глубина заложения фундамента – расстояние от планировочной отметки до подошвы фундамента

Фундаменты подразделяются на три основных типа:

· Фундаменты в открытых котлованах;

· Свайные фундаменты;

· Фундаменты глубокого заложения.

Фундаменты в открытых котлованах передают нагрузку только через подошву глубиной максимально до 5 метров. Бывают отдельные фундаменты под колонны, ленточные фундаменты и плитные фундаменты.

Свайные фундаменты передают часть нагрузки по боковой поверхности и часть нагрузки через пяту свай. Сваи – это длинные стержни, погружаемые в грунт в готовом виде или изготавливаемые в грунте.

ростверк

1 – висячая свая, т.е. несущая способность только по боковой поверхности;

2 – свая-стойка; 3 – свайное поле

Фундаменты глубокого заложения – это такие фундаменты, которые погружаются в грунт с одновременным извлечением грунта из-под фундамента. К ним относятся опускные колодцы (глубина погружения до 30 м), кессоны (до 40 м), сваи-оболочки (фундаменты от 3 до 8 м), буронабивные столбы применяются в гидротехническом и транспортном строительстве при передаче больших нагрузок и при устройстве подземных сооружений.

В любых грунтовых условиях можно разработать несколько вариантов фундаментов. Эти варианты могут отличаться по материалу, конструкции, глубине заложения, ширине подошвы, подготовке основания и по способу производства работ. Из этих вариантов выбирают оптимальный на основе технико-экономического сравнения. При сравнении учитывают стоимость, трудоемкость долговечность, индустриальность, возможность возведения в зимнее время и сохранность природной структуры грунта.

1 – опирание на плиту; 2 – искусственное основание;

3 – опирание на более плотные грунты; 4 – свайные фундаменты;

5 – свайные фундаменты по более плотным грунтам.

Технико-экономическое сравнение ведется по следующим этапам:

1) выбирается возможный тип фундамента;

2) выполняется расчет всех рассматриваемых фундаментов;

3) определяется стоимость и трудоемкость каждого варианта.

При проектировании и строительстве фундаментов необходимо рассматривать следующие три фактора:

1) инженерно-геологические условия стройплощадки;

2) чувствительность сооружений к неравномерным осадкам;

3) способы возведения фундаментов, т.к. при строительстве может быть нарушена природная структура грунта.

Эти три фактора Долматов сформулировал следующим образом: «При проектировании необходимо учитывать и отвечать на следующие три вопроса: Что строится, На чем строится и Как строится».

При проектировании оценивается инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки. На территории участка объект размещают таким образом, чтобы застраивались наиболее благоприятные участки (надежное основание, спокойный рельеф, уровень грунтовых вод ниже подошвы фундамента). До начала строительства необходимо:

1) изучить местный опыт строительства;

2) изучить напластование грунтов, особенно уровень грунтовых вод в период строительства и во время эксплуатации по отчету об инженерно-геологических изысканиях, обращается внимание на колебания уровня грунтовых вод и их агрессивность;

3) определяются физико-механические характеристики грунта: ρ, ρ_s, ρ_d, W J_L, J_p, l, S_r, W_L, W_p;

4) определяется величина ожидаемой осадки

Р₂

Р₁

где

- коэффициент сжимаемости,

- коэффициент относительной сжимаемости,

- модуль общей деформации

Для слабо и среднесжимаемых грунтов модуль общей деформации, определяемый в лабораторных условиях, меньше модуля деформации в условиях естественного залегания, поэтому вводится поправочный коэффициент. Для слабых грунтов с модулем общей деформации < 7 МПа поправочный коэффициент не используется. Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных характеристик физико-механических свойств грунтов. Расчетное значение определяется по формуле:

где

- коэффициент надежности оснований по грунту,

- нормативное значение.

для всех характеристик кроме ρ, φ, с.

При определении ρ, φ, с коэффициент надежности определяется по специальной методике, изложенной в ГОСТе 20525-90. существует следующее обозначение: ρ_I, φ_I, с_I, ρ_II, φ_II, с_II,

где

I – для расчета оснований по I-й группе предельных состояний (по несущей способности),

II – для расчета оснований по II-й группе предельных состояний (расчет по деформации).

Для предварительных расчетов, а также для расчетов оснований зданий 2-го и 3-го классов допускается определять нормативные значения Е_п, φ_п, с_п по таблицам СНиПа II -02.01-83 «Основания зданий и сооружений». В этом случае γ_g принимается равным 1. при расчете по деформациям лежит в пределах от 1,1 до 1,5.

Вторая группа исходных данных – это данные о сооружении, о нагрузках на фундаменты, о чувствительности сооружений к неравномерным деформациям. Все сооружения по жесткости делятся на три типа: 1) абсолютно жесткие сооружения; 2) абсолютно гибкие сооружения; 3) сооружения конечной жесткости.

Абсолютно жесткие сооружения при любых осадках не искривляются (доменные печи, дымовые трубы, водонапорные башни). При симметричной нагрузке и симметричной податливости основания испытывают равномерные осадки. При неравномерной осадке они испытывают крен без изгиба. Особенность таких сооружений в том, что они могут перераспределять давление в основание сооружений. В местах большой податливости основания давление уменьшается, в местах меньшей податливости – возрастает. Это приводит к появлению на фундаментных конструкциях дополнительных усилий.

Абсолютно гибкие сооружения, т.е. насыпи – следят за деформацией поверхности грунта. При неравномерных осадках не возникает дополнительных напряжений.

Сооружения конечной жесткости – это большинство сооружений. При неравномерных осадках могут получать искривления, могут появляться трещины, возникать дополнительные усилия. При расчете необходимо учитывать совместную работу сооружения и основания, необходимо знать жесткость фундамента и деформируемость грунтового основания.

Формы деформаций сооружений – это прогиб сооружения, выгиб сооружения, крен сооружения (отношение разностей осадок крайних точек фундамента к расстоянию между ними, регламентируется СНиПом).

S₁

S₂

прогиб

крен

выгиб

Крен сооружения определяется по формуле:

, где - из СНиПа