Фундаменты глубокого заложения представляют собой конструктивные элементы, которые располагаются ниже уровня промерзания или в зоне наиболее устойчивых слоев грунта. Основные их типы классифицируются по способу передачи нагрузки и конструкции. К числу таких фундаментов относятся свайные, столбчатые и глубокие основания, каждый из которых имеет свои особенности применения и проектирования в зависимости от геологических условий и характера нагрузок.
Кроме того, фундаменты глубокого заложения могут подразделяться на жесткие и гибкие в зависимости от способа взаимодействия с грунтом. Жесткие фундаменты, как правило, обеспечивают более равномерное распределение нагрузки, в то время как гибкие конструкции более чувствительны к деформациям грунта, что позволяет им лучше адаптироваться к изменениям в условиях эксплуатации. Выбор типа фундамента зависит от множества факторов, включая характер строения, нагрузки и характеристики грунта.
Здания и сооружения играют важную роль в жизни современного общества. Можно сказать, что уровень цивилизации, развития науки, культуры и производства во многом зависит от количества и качества построенных зданий и сооружений.
Жизнь и средства к существованию людей зависят от наличия, пригодности для использования по назначению и технического состояния необходимых зданий и сооружений.
В нашей стране ведется масштабное строительство. В стране строится больше домов, чем во всех странах Западной Европы вместе взятых. Ежегодно строится 2,1 миллиона квартир и повышается уровень жизни более 10 миллионов граждан. Это делает строительство третьим по величине сектором экономики в нашей стране после промышленности и сельского хозяйства.
Здания и сооружения — это сложные и дорогостоящие объекты, состоящие из множества конструктивных элементов и систем механического оборудования, которые выполняют четко определенные функции и обладают определенными функциональными свойствами.
Основным направлением экономического и социального развития города является строительство общественных зданий, школ и объектов общественного питания, которое будет сопровождаться строительством жилья и значительным увеличением объемов капитального строительства. Надежность и экономия затрат на строительство, необходимые для фундаментов и оснований в современной городской застройке, зависят от правильной оценки физико-механических свойств грунтов, формирующих основания, и их совместной работы с фундаментами и другими надземными сооружениями.
1. ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ПЛОЩАДКИ
Назначение и конструктивные особенности подземной части здания.
Проектирование фундаментов является одним из сложных вопросов проектирования конструкций зданий и сооружений. При проектировании инженер решает сам вопрос о выборе материала, из которого будет выполняться конструкция. При проектировании фундаментов необходимо считаться с имеющимися грунтами на площадке строительства и использовать их строительные качества, с тем, чтобы принять их рациональное решение [1, c. 166].
В грунтах хорошего или умеренного качества деформация, вызванная оседанием фундамента, относительно невелика, что обеспечивает безопасное расположение зданий и сооружений. Эти почвы называются "надежными" почвами. В этом случае работы по проектированию фундамента значительно упрощаются. Однако если первоначальное решение приводит к значительному увеличению стоимости фундамента, может возникнуть необходимость пересмотреть вопрос о надземных и подземных сооружениях.
При проектировании фундаментов в сложных грунтовых условиях необходимо учитывать совместную работу грунтов основания и надземных конструкций.
Проектирование оснований и фундаментов промышленных и гражданских зданий производят в соответствии с СНБ 5.01.01-99 «Основания и фундаменты зданий и сооружений».
Характеристика площадки, инженерно-геологические и гидрогеологические условия.
Оценка инженерно-геологических условий строительной площадки начинается с изучения напластования грунтов. В колонке скважина фиксируем уровень воды и указываем водоупорный слой.
Таблица 1. Геологический разрез по скважине
Виды фундаментов глубокого заложения (ФГЗ)
ФГЗ возводятся под инженерные объекты, передающие нагрузки значительной величины на основания. Это мосты, тоннели, спортивные, общественно-культурные объекты, многоэтажные жилые и промышленные здания.
Для устройства ФЗГ используются:
- железобетонные и стальные сваи;
- опускные колодцы;
- буронабивные столбы;
- сваи-оболочки.
ФЗГ на железобетонных и стальных сваях
Железобетонные сваи изготавливаются в заводских условиях или на специально оборудованных полигонах.
В зависимости от поперечного сечения различаются:
- квадратные;
- прямоугольные;
- круглые сваи сплошные и с открытой внутренней полостью.
Армирование свай может быть:
- ненапрягаемой арматурой;
- с предварительным напряжением (проволока, стержни или продольные пряди).
Сваи сплошного сечения армируются с усилением острия и головы. На головной части армирование усиливается шагом спирали 5 см. Острие выполняется в виде изогнутых продольных стержней, к которым приваривается центральный стержень, выступающий из тела сваи, шаг спирали на участке, прилегающем к острию, также 5 см.
Стальные сваи применяются редко. В основном в следующих случаях:
- необходимость погружения на глубину более 20 м в труднопроходимых грунтах;
- сооружение опор на глубоких болотах;
- при трудностях с доставкой железобетонных свай по местным гидрологическим условиям.
Их изготавливают из стальных цельнотянутых труб, сваренных двух швеллеров, шпунтин коробчатого профиля или двутавров.
Забивку свай производят с использованием различных агрегатов (стационарные копры, копровые самоходные установки на базе экскаваторов, тракторов и автомобилей, плавучие и самоходных краны), оснащённых дизельными молотами и подвесными стрелами. А Вибропогружателями.
Особый вид, винтовые сваи, состоят из стальной трубы с острым литым или приваренным наконечником, на которую наварены лопасти.
Они вкручиваются кабестанами, это гарантирует отсутствие вибраций и слабый шум, что важно при строительстве в городской черте и вблизи подземных коммуникаций.
Применяются только в качестве свай-стоек, так как у них довольно гладкая боковая поверхность небольшой площади, кроме того соприкосновение осуществляется в грунтах, разрыхлённых свайным шнеком.
Сверху сваи объединяются высоким или низким ростверком, отдельными лентами или сплошной плитой.
Сваи-оболочки
Изготавливаются диаметром до 3 м из железобетона на заводах методом центрифугирования. Погружение выполняется вибропогружателями с разработкой и извлечением грунтов из внутренней полости.
Опускные колодцы
Колодец — массивная, открытая снизу и сверху, полая конструкция, погружение которой происходит при выборке грунтов из внутренней полости под действием собственного веса. Из шахты колодца грунт извлекается грейфером, эрлифтом или гидроэлеватором. После того как колодец опущен до залегания прочных грунтов, внутренняя полость бетонируется на всю высоту или в виде плиты только внизу. При больших размерах в плане, фундамент может состоять из нескольких колодцев, расположенных рядом.
Бетонные и железобетонные колодцы могут быть монолитной, сборной или монолитно-сборной конструкции. При высоте до 10 метров их изготавливают на подготовленной площадке целиком, а при необходимой большей глубине погружения из отдельных секций. Вначале изготавливается нижняя секция высотой 5 м, после погружения стенки колодца наращиваются отдельными секциями. Нижняя секция снабжается металлическим ножом для облегчения погружения колодца.
Буронабивные столбы
ФГЗ на буронабивных сваях диаметрами до 1700 мм широко применяются. Это вызвано использованием высокопроизводительных буровых установок. Одними из лучших в мире являются буровые станки КАТО, которые выпускаются для России исключительно в Японии.
Станок отличается такими достоинствами:
- возможность сооружения буровых свай глубиной до 50 метров на любых грунтах, включая твёрдые скальные породы и вечномёрзлые грунты;
- ведение работ при низких температурах;
- незначительные вибрации при бурении скважин, что практически исключает деформации и сотрясения окружающих грунтов;
- темпы бурения скважин, в зависимости от вида грунтов скорость бурения до 15 м. в час;
- диаметр скважин ≤ 1700 мм и уширение пяты позволяет сооружение буровых столбов под фундаменты, испытывающих повышенные нагрузки;
- лёгкость замены бурового инструмента;
- использование качательного механизма, что повышает эффективность бурения и бетонирования;
- комплектность установки обсадными трубами из прочных сталей, лёгкость соединения труб специальными болтовыми соединениями с получением гладкой поверхности стыкового соединения;
- самоходность установки с гусеничным ходом.
