Основания и фундаменты промышленных зданий

Реферат: Основания и фундаменты промышленных зданий

Реферат: Основания и фундаменты промышленных зданий

Реферат на тему:

«Основания и фундаменты промышленных зданий»

Выполнила:

Проверила:

 

Казань, 2009 год.

 

Содержание

I. Грунты как основания сооружений.

1. Предварительные сведения

2. Строительная классификация грунтов

3. Основные физические характеристики  грунтов

4. Физическое состояние воды  в порах грунта

II.Жесткие фундаменты неглубокого  заложения.

1.Виды фундаментов

2.Конструктивные формы сборных  фундаментов

3.Ленточные сборные фундаменты  под стены

4.Прерывистые фундаменты

III. Сваи и свайные фундаменты.

1.Назначение и работа свай

2.Основы классификации свай

3.Характеристики отдельных видов  забивных свай

4.Основные виды набивных свай

IV. Устройство искусственных оснований.

1.Виды искусственных оснований

2.Уплотнение грунтов механическими  воздействиями

3.Устройство песчаных и грунтовых  подушек

4.Физико-химическое закрепление  грунтов

Список литературы

 

I. ГРУНТЫ КАК ОСНОВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Часть сооружения, расположенная ниже поверхности земли и предназначенная для передачи нагрузок от сооружения на его основание, называется фундаментом. В случаях, когда местность покрыта водой, фундаментом называют часть сооружения ниже поверхности воды. Роль фундамента заключается в аккумулировании нагрузок от сооружения и передаче их на грунты основания. Основанием сооружения называется массив грунта, воспринимающий передаваемую на него нагрузку от сооружения и испытывающий от этой нагрузки практически ощутимые напряжения и деформации. Под воздействием нагрузок от сооружения основание деформируется. Эти деформации обусловливают дополнительные напряжения и деформации в самом сооружении и могут вызвать нежелательные изменения его положения в пространстве. Чем меньше и чем равномернее деформируется основание, тем выше его строительные качества, тем меньше будут дополнительные напряжения и деформации в самом сооружении, тем меньше будет оно изменять свою форму и положение в пространстве. Если строительные качества грунта основания таковы, что его можно загружать без какой-либо сложной предварительной подготовки, то основание называется естественным. Во многих случаях давление, передаваемое на основание, настолько велико по сравнению с несущей способностью грунта, что снизить его простым увеличением подошвы фундамента невозможно или нецелесообразно. Такие грунты называют слабыми для данного сооружения. Использовать слабые грунты в качестве основания сооружения можно, только предварительно повысив их несущую способность специальной обработкой. Основание, полученное таким способом, называют искусственным.

 

2. СТРОИТЕЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Горные породы, рассматриваемые в качестве сферы действия инженерно геологических и инженерно строительных процессов и явлений и в том числе в качестве оснований сооружений, принято называть грунтами. При изучении горных пород в инженерно-строительных целях на первый план выступает их сопротивление действующим механическим усилиям (нагрузкам от сооружений). Сопротивление внешней нагрузке в значительной мере зависит от характера и прочности связей между частицами породы. Можно наметить четыре основных вида связей между частицами горных пород:

1) жесткие прочные связи, не изменяющиеся  при увлажнении породы;

2) жесткие прочные связи, ослабляющиеся  при увлажнении;

3) подвижные водноколлоидные связи, резко изменяющие свою прочность  под влиянием увлажнения или  осушения породы;

4) отсутствие связей; в этом случае  взаимному перемещению частиц  породы препятствуют только силы  трения между ними. В соответствии  с этим все горные породы  делят на два основных класса: скальные и нескальные. К скальным  относятся все горные породы  с жесткими связями между частицами. Эти связи могут быть кристаллизационными, возникающими в процессе формирования  породы, и цементационными, образованными  цементирующими растворами в  процессах сингенеза и диагенеза. Вследствие этого к скальным  горным породам относятся магматические, метаморфические и сцементированные  осадочные породы. У некоторых  скальных пород, в основном осадочного  происхождения, кристаллизационные  связи легко ослабляются при  увлажнении и частично заменяются  подвижными водноколлоидными связями. Эту группу пород называют  полускальными. Нескальные горные  породы, у которых между частицами  существуют подвижные водноколлоидные  связи, называют связными, а нескальные, не имеющие связей между частицами, — несвязными, или раздельно- зернистыми. Следует отметить, что в инженерно-строительной  литературе при рассмотрении  горных пород как грунтов, как  правило, грунтами называют нескальные  горные породы. Что же касается  скальных и полускальных грунтов, то их в одинаковой мере  называют и грунтами и горными  породами.

3. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  ГРУНТОВ

Основная масса минеральных частиц нескальных грунтов состоит из окиси кремния (кремнезема) и окиси алюминия (глинозема). Кроме этих основных компонентов в грунтах содержатся примеси других окислов и солей, но обычно в небольших количествах, не влияющих на их основные свойства. Частицы кремнезема (SiO2)' вместе с примесями, входящими в состав минерала, образуют жесткие зерна неправильной формы, угловатые или окатанные, размером 0,01—10 мм и более. Частицы глинозема входят в состав различных глинистых минералов общего типа Al 2O3∙nSiO2 ∙mR2O, где R2—водород или одновалентный металл. Глинистые частицы в отличие от песчаных образуют не зерна, а тончайшие чешуйки, наибольшие размеры которых не превышают 0,005 мм. В грунтах между отдельными минеральными частицами есть пустоты — поры, заполненные водой или воздухом. Различают три вида систем нескальных грунтов:

1) трехкомпонентная, состоящая из  минеральных частиц (минерального  скелета) и пор, заполненных частично  водой и частично воздухом;

2) двухкомпонентная, состоящая из  минерального скелета и пор, полностью  заполненных водой;

3) двухкомпонентная, иногда неправильно  называемая однокомпонентной, состоящая  из минерального скелета и  пор, заполненных только воздухом.

Если обозначить объем грунта естественного сложения Vr, объем минеральных частиц VCK, объем пор Vn, общую массу минерального скелета и поровой воды Мт, массу минеральных частиц Мск и массу воды в порах грунта Мв, то можно записать: Vr = VCK+ Vn и Мг=Мск+Мв.

Основными физическими свойствами, характеризующими грунт, являются:

1) плотность грунта р, т. е. отношение  массы минеральных частиц грунта  к массе воды при 4 о С в  объеме, равном объему минеральных  частиц, г/см3:

р= М ск / Vr

2) объемная масса грунта ∆о, т. е. отношение массы данного  объема к массе воды в объеме  всего образца, г/см3:

∆о= Мг/ Vr

3) объемная масса твердой фазы (скелета) грунта ∆ ск , т. е. отношение  массы абсолютно сухого грунта  к массе воды в объеме всего  образца при данной пористости, г/см3:

∆ ск=∆о/(1+ W)

4)пористость грунта n — отношение  в долях единицы объема пор  к объему всего образца:

n= Vn/ Vr= Vn/( VCK+ Vn)

5) коэффициент пористости грунта  ε — отношение объема пор  в грунте к объему минеральных  частиц:

ε= Vn/ VCK = Vn/( Vr- Vn)

6) влажность грунта W—отношение (в  долях единицы) массы воды в  порах грунта к массе минеральных  частиц:

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: