Облегченные фундаменты и свайные основания

 

Материалы на конструкции, взаимодействующие с грунтом, составляют до 20% расходуемых на здание. Поэтому снижение их расхода влияет на уменьшение общей массы здания или сооружения.

Облегченные конструкции фундаментов уже широко применяют.

К облегченным фундаментам относятся:
ленточные из сборных пустотелых блоков;
облегченные столбчатые фундаменты с применением оболочек и складок;
свайные полые фундаменты.

Пустотелые блоки изготовляют с разным процентом пустот- ности в зависимости от принятой марки бетона, назначения фундамента, величины воспринимаемой нагрузки и грунтовых условий основания. Применяют такие фундаменты в малоэтажном жилищном и сельскохозяйственном строительстве. Изготовляют на заводах железобетонных конструкций, используя простые формы и оснастку (рис. IV. 1).

Этот вид облегченного фундамента вытесняется более совершенными в конструктивном плане и эффективными при устройстве и эксплуатации зданий и сооружений со значительными нагрузками на несущие элементы. Это фундаменты-оболочки. Железобетонные фундаменты-оболочки применяют для зданий рамной конструкции с опиранием отдельных колонн на столбчатые фундаменты. Сплошные фундаменты-оболочки устраивают вместо сплошных плоских или ребристых плит фундаментов под стены зданий или резервуары. Они подразделяются на гладкие, образуемые оболочками, и складчатые, состоящие из отдельных плоских пластин. По форме образования поверхности фундаменты-оболочки можно разделить на оболочки вращения, образующиеся вращением плоской кривой вокруг оси, и трансляционные оболочки, образующиеся перемещением плоской кривой, параллельной самой себе, по направляющим кривым (табл. IV. 1).

img-014


Рис. IV. 1. Облегченный фундамент из перекрестных плит с отверстиями под колонны.

 

 

img-016

Рис. IV.2. Фундамент-оболочка под колонны:
а — конус со стаканом; б — плита основания; в — общий вид.

Фундамент-оболочка под отдельные колонны, применяемая при строительстве промышленных зданий трестом Уралтяжтруб- строй (конструкция Уральского ПромстройНИИпроекта), состоит из двух элементов —- конуса со стаканом и плиты основания (рис. IV. 2). В плане плиты основания бывают круглыми, квадратными и прямоугольными. Эти фундаменты применяли в одноэтажных и многоэтажных зданиях с опиранием на фундамент железобетонных, стальных и кирпичных колонн, а также рандба- лок. Нагрузки достигали 300—400 г при эксцентриситете приложения до 0,2 м. Количество сборных фундаментов на одном объекте составляло 80—350 шт.

img-015

Размеры конических оболочек в плане определяют расчетом, исключающим отрыв оболочки от плиты. Сечение бетона и арматуры конической оболочки принимают по расчету. Армирование выполняют кольцевой арматурой, концентрируя ее в нижнем крае оболочки. Армирование двойной радиальной арматурой предусмотрено вблизи стыка оболочки и стаканной части фундамента. Последнюю армируют горизонтальными сварными сетками и вертикальными стержнями. Плиты армируют плоскими сетками: в пределах консолей и прилегающих к ним участков — нижними сетками, а во внутренней части — верхними. Сечение бетона и арматуры плиты принимают по расчету.

Экономичность фундаментов-оболочек определяют на основе анализа технико-экономических показателей и сопоставления их с аналогичными показателями столбчатых фундаментов для одинаковых нагрузок и инженерно-геологических условий строительства (табл. IV. 2).

img-017

Опыт внедрения фундаментов-оболочек показывает техническую и экономическую целесообразность их применения при строительстве одноэтажных и многоэтажных производственных зданий.

Данные, приведенные в табл. IV. 2, показывают, что замена столбчатых монолитных фундаментов на фундаменты-оболочки сократит расход стали на 10—15%, уменьшит объем бетона в 2—2,5    раза, снизит стоимость фундаментостроения на 20—30%, сократит сроки выполнения работ нулевого цикла в 3—5 раз.

Возведение фундаментов характеризуется высокой степенью индустриализации и сжатыми сроками строительства. По принципу работы сваи разделяют на «сваи-стойки» и «висячие сваи».

К облегченным относятся только полые сваи, которые изготовляют в основном из железобетона, но они могут быть и металлическими. Круглые полые сваи — это дальнейшее усовершенствование конструкции. Кольцевое сечение при наиболее выгодном использовании материала, а следовательно, и при наименьшем весе дает наибольшую жесткость и наибольшую удельную грузоподъемность — несущую способность на 1 м3 железобетона. Цилиндрическая форма свай имеет большое преимущество при индустриальном изготовлении их методом центрифугирования. Особенность этих свай — погружение их в грунт с открытым нижним концом. При этом заключенный в оболочке сваи грунт работает как в обойме, выдерживая большие сжимающие напряжения. Конструкция стенок этих свай обеспечивает трещиностойкость при значительных изгибающих моментах. Наружный диаметр свай от 40 до 80 см. Воспринимаемая нагрузка — от 60 до 250 т. Применение полых свай диаметром менее 40 см нецелесообразно. Сборность конструкции облегчает погружение, обеспечивает устройство свай различной длины из комбинаций стандартных звеньев и значительно упрощает транспортные операции.

Проектная марка бетона для бетонных свай, а также железобетонных свай-оболочек без предварительного напряжения
должна быть не ниже 200, а для предварительно напряженных железобетонных свай и свай-оболочек — не ниже 300.

Железобетонные ростверки свайных фундаментов следует изготовлять из бетона марки не ниже:
Сборные    200
Монолитные 150

img-018

Полые сваи, работающие только на вертикальную нагрузку, армируют ненапряженной горячекатанной арматурой периодического профиля, приваренной к торцевым кольцам, и спиралью из гладкой проволоки диаметром 5 мм. При применении напряженной арматуры полые сваи без появления трещин могут воспринимать изгибающие моменты в 2—2,5 раза больше, чем при обычной арматуре.

В грунтах, образующих устойчивое ядро, следует применять сваи-оболочки с открытым концом или уширением. Основное преимущество полых свай с грунтовым ядром заключается в том, что по сравнению со сплошными сваями квадратного сечения при одинаковой несущей способности они экономичнее:
 
По расходу бетона     На 30—50%
По расходу стали    На    50—70%

img-019

Рис. IV.3. Полые сваи:
а — кольцевого сечения; б — квадратного сечения.

В слабых глинистых грунтах, не образующих устойчивого грунтового ядра, следует использовать сваи с закрытым концом или Уширением (рис. IV. 3, а).

Полые сваи квадратного сечения (рис. IV. 3, б) — облегченные. Устройство сборных свайных фундаментов из этих свай по сравнению с ленточными фундаментами дешевле на 25%, сокращаются трудовые затраты вдвое, объем земляных работ уменьшается на 40%.