Реферат: Основания и фундаменты промышленных зданий
W= Мв/ Мск= (Мг-Мск)/ Мск
7) степень (коэффициент) влажности грунта G — отношение объема воды в порах грунта к объему:
G= Vв/ Vr= Vв/ (Vr- VCK )= pW/ εpв
На практике определяют экспериментом плотность, объемную массу и влажность грунта. Из этих же формул можно вывести взаимную зависимость между пористостью и коэффициентом пористости и выражение для объема скелета грунта. Зависимость между пористостью и коэффициентом пористости выражается равенствами:
n= ε/(1+ ε) и ε = n/(1-n)
Объем скелета грунта:
VCK = Vr /(1+ ε)
4. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В ПОРАХ ГРУНТОВ
В порах грунтов вода может находиться в различных физических состояниях. Различают следующие виды воды в порах грунтов:
1) парообразная, заполняющая части пор грунта, свободные от волы;
2) вода в твердом состоянии (лед);
3) гигроскопическая и пленочная вода, образующаяся на поверхности частиц в виде пленок различной толщины, более или менее прочно с нею связанных. По своим свойствам она отлична от обычной жидкой воды (например, не передвигается под действием силы тяжести). Поскольку гигроскопическая и пленочная вода не свободна в своем передвижении, ее назвали физически связанной водой;
4) гравитационная, или свободная вода. Обладает свойствами жидкой воды, передвигается в грунтах под действием силы тяжести. Такая вода может быть подразделена на собственносвободную и капиллярную, образующую капиллярную зону над поверхностью грунтовых вод, и связанную (капиллярно-поднятая вода) или не связанную (капиллярно-подвешенная вода) с грунтовыми водами.
II. ЖЕСТКИЕ ФУНДЕМЕНТЫ НЕГЛУБОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
1. ВИДЫ ФУНДАМЕНТОВ
Фундаменты, возводимые в открытых рвах и котлованах глубиной в среднем до 5—6 м, принято называть фундаментами неглубокого заложения. 489 Фундаменты должны быть достаточно прочны, долговечны, устойчивы против воздействий мороза и агрессивности грунтовых вод. Фундаменты должны быть возведены с учетом физических и механических свойств грунтов основания и местных инженерно-геологических процессов и явлений. Размеры фундаментов в плане должны быть такими, чтобы среднее давление от расчетных нагрузок по подошве фундамента не превосходило расчетного давления на грунт, а расчетные значения абсолютных осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного сооружения не превосходили предельных значений, установленных нормами проектирования. Контур фундамента в плане, как правило, повторяет упрощенной форме контур плана надфундаментных частей здания или сооружения. В соответствии с этим фундаменты могут иметь различные конструктивные формы. Фундаменты массивных сооружений (мостовыхопор, монументов и т. п.) выполняют в виде отдельных массивов. Фундаменты отдельных опор (колонн) могут быть устроены под каждую колонну отдельно (отдельные, одиночные или столбовые фундаменты) или общими под несколько колонн и иметь вид лент (ленточные фундаменты), перекрестных лент и плит (ребристых и безреберных). Фундаменты стен могут быть устроены в виде отдельных фундаментных столбов, перекрытых фундаментной балкой (рандбалкой), или подземных стенок, повторяющих план стен. Их называют стеновыми, хотя в литературе их часто называют ленточными, так как по своей форме они не отличаются от ленточных фундаментов, устраиваемых под несколько колонн. Основные виды конструкций фундаментов представлены на рис. 29.1. В конструкции каждого фундамента есть две характерные плоскости: верхняя, на которую опирается сооружение, и нижняя — плоскость контакта конструкции фундамента с грунтом основания. Верхняя плоскость носит название плоскости обреза фундамента, а нижняя — плоскости подошвы фундамента (рис. 29.2). Сопротивление материала фундамента нагрузке, как правило, значительно выше, чем сопротивление грунта основания. Поэтому размер площади подошвы фундамента всегда больше, чем размер площади обреза, и только в очень редких случаях эти размеры могут быть равны между собой.
Следовательно, боковые грани фундамента должны быть наклонными или ступенчатыми (рис. 29.3). Если уширение фундаментов к низу незначительно (рис. 29.3,а), то в теле фундамента возникают только напряжения сжатия. Если же консольные уширения фундамента достаточно велики, то под действием реактивного давления грунта они изгибаются и в них возникают растягивающие и скалывающие напряжения (рис. 29.3,6). Различают две основные группы фундаментов:
1) жесткие, в которых растягивающие и скалывающие напряжения отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь;
2) гибкие, испытывающие значительные растягивающие и скалывающие напряжения.
Опытами установлено, что может быть найдено значение предельного уширения фундамента, при котором растягивающих и скалывающих напряжений в теле фундамента совсем не будет или они настолько малы, что ими можно пренебречь. Это значение предельного уширения фундамента зависит от материала, из которого устраивается фундамент, и обычно выражается через угол уширения или тангенс этого угла. Тангенс угла уширения a равен отношению размера уширения (размера выноса консоли) к высоте конструкции фундамента (см. рис. 29.2 и 29.3).
Так как угол предельного уширения фундамента апр определяет контур, в границах которого фундамент будет жестким, то он носит название угла жесткости. При проектировании фундаментов рекомендуется вводить в расчет некоторый запас жесткости. Этот запас учитывается заменой предельных углов жесткости ан нормативным.
В качестве материалов для устройства фундаментов могут применяться железобетон, бетон, бутобетон, каменная (бутовая или кирпичная) кладка. Каменную кладку, бутобетон и бетон применяют в более или менее одинаковых условиях, в конструкциях жестких фундаментов. Необходимость применения железобетона определяется наличием в конструкции фундамента растягивающих или скалывающих напряжений. Поэтому железобетон применяют при устройстве гибких фундаментов, а также для изготовления конструкций сборных фундаментов.
2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ СБОРНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Применение сборных элементов в фундаментостроении началось несколько позже, чем в строительстве наземных конструкций. Это объясняется особенностями работы фундаментов. В 1933—1935 гг. автором в его исследованиях была показана полная возможность перехода к устройству фундаментов из сборных элементов и предложена методика их проектирования. Основную трудность перехода на фундаменты из сборных элементов составляет проектирование такого набора типоразмеров блоков, при котором удовлетворяются требования соответствия площади подошвы фундамента несущей способности грунта и требования жесткости конструкции. В зависимости от конструктивной схемы здания сборные фундаменты могут осуществляться в виде сплошных ленточных фундаментов под стены, отдельных фундаментов-столбов, нагрузка на которые передается через рандбалки, и одиночных фундаментов под отдельные опоры (столбы или колонны). Кроме того, в самое последнее время получили распространение так называемые прерывистые ленточные фундаменты под стены. В таких фундаментах верхняя часть, выкладываемая из блоков, образует непрерывную стенку-ленту, а нижняя образуется из блоков-подушек, укладываемых с некоторыми промежутками. Рассматривая конструкции сборных фундаментов, можно установить, что для их устройства необходимо два основных типа сборных элементов:
1) блоки, обеспечивающие необходимую площадь передачи давления на грунт;
2) блоки, обеспечивающие необходимую конструктивную высоту фундамента в целом.
Первый тип элементов, укладываемых непосредственно на грунт или на подготовку из песка или тощего бетона, получил название блоков-подушек. Элементы, служащие для возведения основной конструкции фундамента, называются стеновыми блоками, поскольку в ленточных фундаментах они образуют подземную стенку, представляющую собой продолжение наземной стены здания. Блоки фундаментов, на которые непосредственно опираются колонны, называют башмаками. Конструктивные формы, размеры и материалы самих фундаментных блоков весьма разнообразны. В качестве материала для блоков применяют бетон и железобетон. Марки бетона для изготовления фундаментных блоков- подушек назначают в зависимости от водонасыщенности грунта основания. Блоки-подушки изготовляют трех типов: в виде прямоугольных параллелепипедов (рис. 29.4); плит, имеющих в одном направлении трапециевидное, а в другом — прямоугольное сечение (рис. 29.4,6, г), и плит, имеющих трапециевидное сечение в двух направлениях (рис. 29.4, в). Блоки-подушки, как правило, делают сплошными, причем блоки, представленные на рис. 29.4, а, — бетонными, а все остальные — железобетонными. В ленточных (стеновых) сборных фундаментах номинальная толщина шва между блоками принята равной 20 мм. Поэтому длина блока (размер по длине стены) принимается такой, чтобы вместе со швами получались размеры, кратные целым дециметрам. В прерывистых сборных фундаментах зазор между блоками определяется по расчету и достигает 900 мм.