Основания и фундаменты. Учебник для техникумов - Клейн Г.К., Дорошкевич Н.М., Смиренкин П.П.

Автор: Клейн Г.К. Дорошкевич Н.М. Смиренкин П.П.

Теги: подземное строительство земляные работы фундаменты строительство тоннелей строительство строительное проектирование строительство зданий строительная механика

Год: 1972

Похожие

Проектирование оснований фундаментов зданий и сооружений

Проектирование фундаментов зданий и промышленных сооружений

Проектирование и устройство фундаментов на намывных песчаных грунтах

Проектирование фундаментов зданий и подземных сооружений.

Текст

ДОРОШКЕВИЧ Н. М., КЛЕЙН Г. К., СМИРЕНКИН
ОСНОВАНИЯ
И ФУНДАМЕНТЫ
ИЗДАНИЕ ЧЕТВЕРТОЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ
Допущено
Главным управлением кадров
и учебных звведеннй
Министерства монтажных
и специальных строительных работ СССР
в качестве учебнике
для техникумов
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА»
МОСКВА - 1972

GC4.03
К48
УДК 624.15 {075)
Дорошкевич Н. М.» Клейн Г. К., Смиренкин П. П.
К48 Основания и фундаменты. Учебник для техникумов.
Издание 4-е, переработанное и дополненное. М., «Высшая
школа», |972.
256 с. с Илл.
В книге излагаются все основные материалы курса
«Основания и фундаменты». Методы расчета базируются
на положениях механики грунтов. Большое внимание
уделено вопросам инженерной геологии. На современ-
ном уровне изложены проблемы фундаментостроения.
Рассмотрены различные конструкции фундаментов, даны
примеры расчета. Значительное внимание уделено осо-
бенностям возведения фундаментов на естественных и ис-
кусственных основаниях. С достаточной глубиной осве-
щены вопросы возведения свайных конструкций, фунда-
ментостроения в сейсмических условиях, на мерзлых
грунтах и т. д.
Книга предназначена в качестве учебника для строи-
тельных техникумов.
3—2—6 6С4.03
206—72
Рецензент доцент, канд. техн, наук Л. М. Пешковский
НИНА МИХАЙЛОВНА ДОРОШКЕВИЧ,
ГЕОРГИЙ КОНСТАНТИНОВИЧ КЛЕЙН,
ПЕТР ПАВЛОВИЧ СМИРЕНКИН
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
Редактор Ж. Тарта ковская
Переплет художника Б. А. Школьнике
Художественный редактор Т. А. Дурасова
Технический редактор Н В. Яшукова
Корректор В. А. Артемьева
Т 0304В Сдано в набор 3/IX-71 г Попп к печати 13/111-72 г.
Формат 60х90*Лс Объем 16 печ л Уч-изд. и. 14.60 Изд.
№ СТР-201. Тираж 85000 экз Зак. № 143. Цена 52 коп.
План выпуска литературы для вузов и техникумов изд-ва
«Высшая школа» на 1972 г Позиция № 206
Москва. К-51. Неглннная ул., д 29/14,
Издательство «Высшая школа»
Орлена Трудового Красного Знамени Ленинградская типогра-
фия № 1 «Печатный Двор» им. А. М. Горького Главполиграф-
прома Комитета по печати при Совете Министров СССР.
г. Ленинград, Гатчинская ул , 26
ВВЕДЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Курс «Основания и фундаменты» рассматривает вопросы*проек-
тирования и устройства фундаментов под различные сооружения
с учетом геологических условий площадок строительства.
Фундаментом называется часть здания или сооружения, на-
ходящаяся ниже поверхности земли и передающая нагрузку соору-
жения на основание, т. е. на нижележащую толщу грунта. Фун-
дамент защищает сооружение от воздействия грунтовой воды.
Все здания и сооружения — мосты, плотины — имеют подзем-
ные части — фундаменты. В одних случаях они четко выделяются
из всей конструкции сооружения, например, в гражданских п про-
мышленных зданиях. В других — составляют одно целое с самим
сооружением, например, в плотинах, подпорных стенках, опорах
мостов.
Основные геометрические параметры фундамента — глубина
его заложения Н и ширина подошвы b (рис. 1).
Подошвой фундамента называется его нижняя поверхность,
совмещенная с поверхностью основания. Расстояние от планировоч-
ной отметки поверхности земли до подошвы называется глубиной
заложения фундамента.
Грунты, т. е. горные породы верхних слоев земной коры, исполь-
зуемые в качестве оснований сооружений, могут быть разделены
на две группы:
1) скальные породы — природные образования, частицы которых
спаяны или сцементированы между собой (прочность скальных пород
в большинстве случаев очень высока);
2) нескальиые грунты, состоящие из отдельных зерен или частиц
(скелет грунта), между которыми имеются промежутки (поры), за-
полненные водой или газами.
Если в основании залегает один слой грунта, то такое основание
называется однородным или однослойным, если несколько слоев —
неоднородным пли многослойным. Слой, иа который опирается фун-
дамент, называется рабочим слоем,нижележащие слои называются
подстилающими.
Грунты, находящиеся в условиях природного залегания, яв-
ляются естественными основаниями сооружений, а грунты предва-
рительно уплотненные или укрепленные специальными методами,
носят названия искусственных оснований.
От взаимодействия фундамента с основанием в последнем возни-
кают дополнительные деформации и напряжения, которые вызываюг
уплотнение грунтов основания
Вертикальные перемещения фундамента, возникающие в ре-
зультате уплотнения грунтов основания, называются осадками
В курсе оснований и фундаментов изучаются условия зале-
гания и физико-механические свойства грунтов, конструкции фун-
даментов, методы их расчета и способы
устройства.
Для изучения курса «Основания
и фундаменты», кроме строительной ме-
ханики, необходимо знание основ инже-
нерной геологии, гидрогеологии и меха-
ники грунтов.
Инженерная геология изучает геоло-
гические процессы, определяющие усло-
вия строительства, и геологические яв-
ления, возникающие в грунтах, на
которых возводятся здания и соору-
жения.
Гидрогеология изучает подземные
воды.
В механике грунтов разрабатываются
методы определения давления, напря-
женного состояния, несущей способности
и деформаций грунтов.
Основные сведения из инженерной
Рис 1 Основание и фунда-
мент
/ — основание 2 — фундамент
3 — подошва фундамента и по
верхность основания 4 — гнд
роизоляционные слон, 5 — но
коль 6 — подвальное помеще
ине здания
геологии, гидрогеологии и механики
грунтов приводятся в настоящей книге.
Предмет «Основания и фундаменты»
тесно связан с такими дисциплинами,
как «Строительные конструкции», «Тех-
нология строительного производства» и
«Строительные машины и оборудование».
Основными задачами фундаментостроения при выполнении плана
развития народного хозяйства СССР являются снижение стоимости
фундаментов зданий и сооружений, совершенствование конструкций
и сокращение сроков их строительства.
Для выполнения этих задач необходимо выбирать наиболее эко-
номичные варианты устройства фундаментов, наиболее полно ис-
пользовать несущую способность грунтов основания, шире приме-
нять сборные напряженно-армированные конструкции фундаментов;
использовать передовые методы организации, выполнения и механи-
зации работ, повышать качество строительства фундаментов, при-
менять ускоренные методы разведки и исследования грунтов.
Ошибки, допущенные при проектировании и строительстве фунда-
ментов, приводят к удорожанию сооружений, а часто и к авариям.
4
Последние происходят из-за недостаточно внимательного изучения
грунтов основания, неправильного выбора конструкции фундамента
или неправильного ведения строительных работ
Примером аварии, вызванной недостаточной изученностью гео-
логических условий, является разрушение моста через реку Ка-
занку, построенного в 1929 г. (рис. 2) Авария произошла вследствие
катастрофической величины осадки (около 2 м) одного из устоев
моста. Устои были выполнены на сваях длиной 8 м. Осадка воз-
никла в результате сжатия торфа, залегающего на 2—3 м ниже
Рнс 3 Авария Трансконского элеватора
острия сваи. Наличие торфа не было установлено при инженерно-
геологических изысканиях.
На рис. 3 показан Трансконский элеватор в Канаде после ава-
рии, которая произошла вследствие перегрузки грунта в основании.
В результате выпирания грунта из-под фундамента, одна сторона
элеватора осела на 8,8 м, а другая поднялась на 1,5 м
В 1958 г. в г. Рио-де-Жанейро произошла авария 10-этажного
каркасного жилого дома Обрушение было вызвано большими
5
осадками, которые произошли ввиду низкого качества изготовления
набивных свай. Таких примеров можно привести много.
Настоящий курс ставит перед собой задачу помочь учащимся
приобрести навыки правильной оценки инженерно-геологических
условий, овладеть методами расчета и устройства фундаментов,
обеспечивающими устойчивость и прочность сооружений.
КРАТКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ
ФУНДАМЕНТОСТРОЕНИЯ
Умение устраивать основания и фундаменты появилось в глубо-
кой древности и развивалось вместе с искусством постройки самих
зданий и сооружений.
В древних рабовладельческих государствах — Египте, Ассирии,
Греции, Риме, Китае, Индии, Урарту и других — за несколько
тысяч лет до нашей эры возводились крупные здания и сооружения,
передававшие большие давления на основание. Так, давление на
основание пирамиды Хеопса (Хуфу), построенной в Египте более
4,5 тыс. лет тому назад и весящей около 6 млн. т, составляет в сред-
нем 12 кПсм*. (
Строители Древней Греции и Рима основывали здания и соору-
жения преимущественно на сплошных скальных грунтах. Такие
рекомендации дает в своей книге «Об архитектуре» римский зодчий
Витрувий (I в до н. э).
В эпоху феодализма трудом крепостных крестьян создавались
замки, монастыри и города, для укрепления которых возводились
высокие толстые стены и башни, передававшие значительное дав-
ление на основание. Примером таких сооружений может служить
Московский Кремль, построенный из камня и кирпича в 1485—
1495 гг.
Крупнейший зодчий эпохи Возрождения Палладио в своем труде
«Четыре книги об архитектуре» (1570 г.) предостерегал строителей
от ошибок, касающихся устройства фундамента, так как они влекут
за собой разрушение всего здания.
В России первое руководство по выбору оснований и устройству
фундаментов появилось в первой четверти XVIII в.
Для строительства крупных железнодорожных мостов, развер-
нувшегося в конце первой половины XIX в., потребовалось разра-
ботать научно обоснованные приемы устройства оснований и фун-
даментов.
Одним из основоположников науки об основаниях и фундаментах
в России был инженер М. С. Волков, который в работах «Об иссле-
довании грунтов земли, производимом в строительном искусстве»
(1835 г.) и «Об основаниях каменных зданий» (1840 г.) дал стройную
теорию оснований и фундаментов, схема и порядок изложения ко‘-
торой в основном сохранились до настоящего времени.
Первый систематический курс по основаниям и фундаментам,
составленный цроф. В. М. Карловичем, был издан в 1896 г.
Приближенное решение задачи об определении минимальной
глубины заложения фундамента из условий прочности основания
впервые было дано в 60-х годах прошлого столетия проф. Г. Е. Пау-
кером. Этот же вопрос был подвергнут экспериментальному иссле-
дованию проф. В. И. Курдюмовым, который установил, что при
вдавливании жесткого фундамента в сыпучий грунт в последнем
образуются криволинейные поверхности скольжения. Опыты Кур-
дюмова описаны в его труде «О сопротивлении естественных осно-
ваний», изданном в 1889 г.
Новый строительный материал — железобетон, появившийся
в конце XIX в., вскоре стал применяться для изготовления свай,
опускных колодцев, кессонов, фундаментных плит и других кон-
струкций. Это позволило решить многие важные задачи фунда-
ментостроения.
Значительной проблемой в XX столетии являлось создание те-
ории расчета оснований и фундаментов.
В 1914 г. проф. П. А. Минаев на основе экспериментальных ра-
бот показал возможность применения теории упругих тел для опре-
деления напряжений и деформаций в сыпучих телах. Это позволило
использовать теорию упругости в качестве теоретической базы
механики грунтов. Этому также способствовала работа проф.
К. Терцаги «Строительная механика грунтов на физической ос-
нове».
В Советском Союзе механика грунтов получила большое раз-
витие в связи с огромными задачами, поставленными перед стро-
ителями планами развития народного хозяйства. Для выполнения
их потребовалось решить многие сложные проблемы фундаменто-
сгроения.
В 1923 г. вышла работа проф. Н. П. Пузыревского «Расчеты
фундаментов», в которой описаны проведенные им исследования
применения теории упругости к расчету оснований и выведена
формула для определения безопасного давления на грунт.
С 30-х годов механика грунтов выделилась как самостоятельная
дисциплина. В 1934 г. был издан первый учебник проф. Н. А. Цы-
товича «Основы механики грунтов».
На дальнейшее развитие методов расчета оснований, базирую-
щихся на теории упругости и теории сыпучей среды, большое влия-
ние оказали исследования советских ученых Н. М. Герсеванова,
Н. А. Цытовича, Н. Н. Маслова, В. А. Флорина, В. В. Соколов-
ского, М. И. Горбунова-Посадова, В. Г. Березанцева, Е. Ф. Вино-
курова, К. Е. Егорова, М. Н. Гольдштейна, М. В. Малышева
и др. В своей работе «Динамика грунтовой массы» (1931—1947 гг.)
проф. Н. М. Герсеванов разработал теорию уплотнения грунтовой
массы, которая послужила основой для разработки различных ме-
тодов расчета осадок. (Эти методы были созданы Н. А. Цытовичем,
В. А. Флориным, С. А. Розе, Д. Е. Полыпиным и др.).
Методы расчета фундаментов при действии на них динамических
нагрузок разработаны проф. Н. П. Павлюком, Д. Д. Барканом,
О. Л. Савиновым и др.
6
7
Проблемы возведения сооружений в особо сложных грунтовых
условиях получили решение в трудах Ю. М. Абелева, Н. Я- Де-
нисова, Г. М. Ломизе (на лёссовидных просадочных грунтах),
М. И. Сумгина, Н. А. Цытовича (на многолетнемерзлых грунтах),
Б. Д. Васильева (на неравномерно сжимаемых грунтах), Д. Е. Поль-
шина (на илах) и в трудах других ученых.
Различные способы искусственного закрепления грунтов раз-
работаны Б. А. Ржаницыным, В. В. Аскалоновым, И. М. Литви-
новым и В. С. Подьяконовым.
Изучению физико-механических свойств грунтов посвящены ра-
боты Г. И. Покровского, Н. Я- Денисова, М. Н. Гольдштейна,
И. И. Черкасова и др.
Значительный вклад в развитие фундаментосгроения сделал ,
В. К- Дмоховский — автор известного курса оснований и фун- 1
даментов и консультант большинства крупнейших строек первых
пятилеток.
В настоящее время в фундаментостроении нашли применение
новые прогрессивные конструкции — сборные железобетонные фун-
даменты под стены и колонны, фундаменты из коротких свай, глу-
бокие фундаменты в виде сборных бетонных и железобетонных
полых свай большого диаметра, сборные железобетонные подпорные
стенки и др.
В последние годы стали широко применяться и новые методы
возведения фундаментов, что оказалось возможным в результате
создания новых типов строительных машин. К таким методам от-
носятся: гидромеханизация кессонных работ, применение игло-
фильтровых установок для водопонижения, электроосушение, при-
менение вибраторов для буровых работ, для погружения и извле-
чения свай, завинчивание свай, трамбование слабых грунтов для
увеличения их несущей способности, термическая обработка лёс-
совых грунтов для устранения их просадочных свойств и др.
Больших успехов советские строители достигли в области вы-
правления и передвижки зданий и других сооружений. Наиболее
интересными работами, выполненными под руководством Э. М. Ген-
деля, можно считать передвижку глазной больницы на ул. Горького
и двух больших- зданий на Комсомольском проспекте в Москве, t
а также выправление минарета в Самарканде. ;
Творческое содружество специалистов Советского Союза и стран I
народной демократии привело к новым достижениям в фундамен-
тостроении.
Координация научно-исследовательских работ tro механике грун-
тов и фундаментостроению возложена иа Научно-исследовательский ,
институт оснований и подземных сооружений.
Следует отметить, что нормативные материалы по проектирова-
нию оснований и фундаментов в СССР являются наиболее прогрес-
сивными по сравнению с материалами зарубежных стран и отра-
жают результаты научных достижений в этой области. В настоящее
время в их основу положен метод расчета по предельным состояниям,
который дает наиболее экономичное решение.
Советская наука об устройстве фундаментов занимает ведущее
место в мире, о чем свидетельствуют доклады, сделанные советскими
учеными на международных конгрессах по механике грунтов и фун-
дамептостроению, и большой интерес, проявленный к этим рабо-
там со стороны зарубежных ученых. Характерной чертой этих
исследований, охватывающих все основные проблемы фундаменто-
строения, является тесная связь теории с экспериментом и с прак-
тикой строительства.
8
ГЛАВА I
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ
СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ
§ 1. СТРОЕНИЕ ЗЕМНОГО ШАРА
По современным данным, основанным на измерении скоростей
распространения в Земле различных волн от землетрясений, земной
шар можно представить состоящим из ряда концентрических зон
пли оболочек, имеющих различную плотность и различные упругие
свойства. Эти зоны по направлению к центру Земли располагаются
в следующем порядке: атмосфера, гидросфера, литосфера, ман-
тия и ядро.
Атмосфера — газовая оболочка, окружающая Землю на высоте
до 1000 км.
Гидросфера — водная оболочка, которая включает воду океанов,
морей, озер, рек и воду, находящуюся в пустотах горных пород.
Средняя глубина этой оболочки 3,7 км.
Литосфера, или земная кора, является верхней твердой оболоч-
кой Земли, толщина которой колеблется В пределах от 40 до 90 км.
Земная кора имеет слоистое строение.
Верхний слой, состоящий в основном из осадочных пород, про-
стирается в среднем на влубину 10 км от поверхности Земли. Он со-
стоит главным образом из пород, образовавшихся путем отложения
различных мелких частиц. В осадочных породах встречаются остатки
животных организмов и растений, населявших прежде земной шар.
Ниже, на глубине от 10 до 15 км, залегает так называемый
гранитный слой, в состав которого входят кремний, алюминий,
кальций, калий и натрий. Средняя плотность пород этого слоя
составляет 2,6—2,8 г/см3. Местами гранитный слой выходит на
поверхность Земли.
Еще ниже, на глубине от 50 до 60 км, лежит базальтовый слой,
состоящий в основном из пород, богатых железом, магнием и каль-
цием и обладающих средней плотностью 2,7—3,4 г/смя. Эгот слой
покрывает весь земной шар, обнажаясь на большом пространстве
дна Тихого океана.
Температура в нижних слоях базальтовой оболочки достигает
1500°C, а давление — 13 500 ат.
10
К настоящему времени исследована лишь верхняя часть земной
коры, так как шахты проходят на глубину до 2,5 км, а буровые
скважины до 5—6 юи*.
Мантия Земли является внутренней оболочкой Земли, прости-
рающейся на глубину до 3000 км. Как предполагают, эта оболочка
состоит из горных пород, очень богатых кремнием, кварцем, маг-
нием и железом, отличающихся значительной плотностью (до
6,8 г/см3), связанной с огромным давлением, испытываемым поро-
дами на таких больших глубинах. Температура мантии растет мед-
ленно и в нижних слоях ее достигает около 2000°С при давлении
до 1 млн. 400 тыс. ат.
Внутри мантии заключено ядро Земли, состоящее из твердого
вещества, обладающего свойствами жидкости при плотности 10—
12 г/см3 и более. Химический состав вещества ядра не отличается
от состава вещества мантии Земли. Жидкое же состояние и боль-
шая плотность ядра объясняются отрывом электронов от ядер ато-
мов вещества при давлениях, достигающих 3,5 млн. ат и чрезвы-
чайно высокой температуре.
§ 2. МИНЕРАЛЫ И ГОРНЫЕ ПОРОДЫ
Земная кора представляет собой образования из горных пород,
которые состоят из кислорода, кремния, алюминия, железа, каль-
ция, натрия, калия, магния и других химических элементов.
Различные природные соединения этих элементов образуют ми-
нералы земли, например кварц, магнезит, бурый железняк, полевой
шпат, роговая обманка, гипс, доломит и т. д. Различных минералов
известно более 3000, но главную роль в образовании земной коры
играют всего 20—25 минералов.
Из минералов образуются горные породы, например гранит,
базальт, известняк, пески, глины, слагающие кору Земли (лито-
сферу).
По происхождению горные породы разделяются на три основные
группы: магматические, осадочные и метаморфические.
Магматические горные породы
Эти породы образовались при остывании магмы, т. е. расплав-
ленных масс, находящихся в глубинных частях земной коры. В за-
висимости от условий остывания магматических горных пород их
разделяют на два типа — глубинные и излившиеся.
Глубинные породы, например, гранит, сиенит, диорит, остывали
медленно, находясь в толще земной коры и испытывая большое
давление. Эти породы характеризуются крупнозернистым кристал-
лическим строением.
* В Советском Союзе намечено бурение скважин глубиной 15 км.
11
Обширнейшие территории, занятые глубинными породами, глав-
ным образом гранитами, находятся на Украине и на Урале, на Се-
верном Кавказе и в Казахстане, в Забайкалье, на Алтае, на Коль-
ском полуострове и в других районах страны.
Излившиеся породы, например, базальт, андезит, диабаз, пор-
фир, поднимались в виде расплавленных масс во время вулканиче-
ских извержений из недр Земли и быстро затвердевали в верхних
слоях земной коры и даже на самой поверхности Земли. Излившиеся
породы отличаются мелкозернистой, а иногда и стекловидной
структурой.
Мощные покровы базальта находятся в междуречье Енисея
и Лены, в районе Забайкалья, на о. Сахалине и на Алтае. Базальт
встречается также в Армении и на Украине.
Свойства магматических пород как оснований сооружений за-
висят от состава, структуры, условий залегания и состояния этих
пород. Необходимо учитывать, в частности, что имеющиеся в них
трещины и пустоты могут резко снизить устойчивость массива пород.
Осадочные горные породы
Горные породы, находящиеся на поверхности Земли, под влия-
нием воды, воздуха и перемен температуры превращаются в более
или ме^ее крупные обломки, которые в свою очередь дробятся
далее'до мельчайших частиц и отчасти растворяются в воде. Выпа-
дая из воды или воздуха, уплотняясь и упрочняясь, эти осадки
образуют слои осадочных пород.
Процесс превращения осадка в породу играет важную роль
в формировании строительных свойств обломочных отложений,
особенно глинистых. Этот процесс называется диагенезом.
Цементация обломков различными веществами, выпадающими
из воды, приводит к превращению песков в песчаники, галечников
в конгломераты, а неокатаиных обломков — в брекчии.
Строительные свойства обломочных пород очень разнообразны
и зависят от их состава и происхождения. Осадочные породы обра-
зуются также в результате накопления останков живых организмов
и растений, например известняк-ракушечник, мел и торф.
Известняк-ракушечник состоит из уплотненных отложений ра-
ковин живых организмов, населявших море. Известняк обладает
достаточной прочностью, но относительно легкая растворимость его
в воде может служить причиной образования каверн, резко сни-
жающих устойчивость такого основания.
Мел — это затвердевший морской осадок, образовавшийся из
известковых панцирей корненожек. Мел имеет тот же химический
состав, что и известняк, но менее прочен. В сухом состоянии мел
может служить неплохим основанием сооружений.
Торф состоит из остатков разложившихся травянистых растений.
Обладая большой пористостью, торф весьма сильно сжимается под
нагрузкой.
12
Осадочные породы образуются еще и в виде химических осадков
на дне водоемов с повышенной концентрацией солей (например,
оолитовый известняк, доломит и гипс). Их строительные свойства
близки к свойствам известняка-ракушечника.
Характер слоистости осадочных пород, направление слоев вли-
яют на их прочность, деформируемость, водопроницаемость и дру-
гие свойства.
Метаморфические горные породы
Горные породы, оказавшиеся в глубине земной коры, под влия-
нием высокой температуры, давления и химических процессов могут
преобразоваться. Такие породы называются метаморфическими
(преобразованными).
Под влиянием перечисленных факторов преобразуются не только
осадочные, но даже магматические породы. Например, из извест-
няков образуются мраморы, а из гранитов — гнейсы.
Среди других метаморфических пород можно отметить сланцы.
Характерной особенностью сланцев является их свойство раска-
лываться на тонкие слои. Вследствие этого их применяли, например,
для устройства кровельных покрытий. Для большей части соору-
жений при горизонтальной сланцеватости они являются надежным
основанием.
§ 3. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХРОНОЛОГИЯ
Геохронологическая таблица
Процессы образования земной коры продолжались в течение
многих миллионов лет. Отдельные осадочные напластования зем-
ной коры — литосферы — по времени своего формирования отно-
сятся к геологическим эрам, которые, в свою очередь, делятся на
геологические периоды.
Геологические эры и периоды на геологических картах и раз-
резах обозначаются буквенными индексами.
В табл. 1. указано время в миллионах лет, в течение которого
происходили последовательное накопление осадочных толщ земного
шара и смена геологических эр и периодов.
В конце кайнозойской эры происходило четыре оледенения Ев-
ропы, Азии и Северной Америки. Из них три последних происхо-
дили на протяжении четвертичного периода, причем предполагается,
что средняя толщина ледяного покрова Европы достигала 1000 лт.
Для архейской и протерозойской эр характерны изверженные
горные породы, а для палеозойской, мезозойской и кайнозойской —
метаморфические и осадочные.
На рис. 4 дан схематический геологический разрез европейской
части СССР, где показано расположение пород различных периодов.
13
Рнс. 4 Схематический геологический
1 — четвертичные отложения (Q), 2 — неоген (N), 3 — палеоген (Pg), 4 —
кого периода (С), 7 — девонского периода (D), 8 — силурийского периода (S),
ТАБЛИЦА 1
Геохронологическая таблица
Эры Периоды Ин- дексы Длительность мли. лет
Кайнозойская (новая) Четвертичный <2 1
Третичный Неоген ‘ (новый) /V 25-30
Палеоген (древний) Ре 30—35
Мезозойская (средняя) Меловой Юрский Триасовый Сг I Т 55-60 25-35 30- 35
Палеозойская (древняя) Пермский К аменноугольный Девонский Силурийский Ордовикский Кембрийский Р С D S Or Cm 25-30 50—55 45-50 40—45 70-80 70-90
Протерозойская (ранняя) - Pl 600—800
Архейская (первоначаль- ная) — А Более 900
14
И El ПЛ BW ЕЕИ E23w
7
разрез европейской части СССР:
этложения мелового периода (Сг), 5 — юрского периода (/), 6 — камеиноуголь-
9 — кембрииского периода (Ст), 10 — протерозойской и архейской эры (A -j- Pt)
Горные породы третичного
и четвертичного периодов
Осадочные породы третичного периода — это известняки, пес-
чаники, пески и глины. Они широко распространены на юге евро-
пейской части СССР и в Средней Азии.
Скальные породы четвертичного периода — базальты — обра-
зовались при излиянии магмы на поверхности Земли.
Породы четвертичного периода в виде отложений рек, ледников,
озер и ветра распространены повсеместно.
Морские отложения четвертичного периода на территории СССР
можно встретить на побережье морей и океанов, а также в пределах
Балтийско-Беломорской низменности, к северу и востоку от Кас-
пийского моря и севернее Черного моря.
Четвертичные отложения (за исключением ледниковых) отно-
сятся к наносам, в отличие от пород дочетвертичного возраста,
которые называются коренными.
Мощность четвертичных отложений изменяется в очень широких
пределах — от нескольких десятков сантиметров до нескольких
десятков метров. В горных впадинах и речных долинах она дости-
гает нескольких сот метров.
В большинстве случаев основаниями зданий и сооружений слу-
жат горные породы четвертичного периода. Средн них имеются
так называемые культурные отложения, появившиеся в результате
деятельности человека. Такие отложения, широко распространен-
ные на территории древних городов, отличающиеся значительной
рыхлостью, осложняют устройство фундаментов.
15
§ 4. ПРОЦЕССЫ ОБРАЗОВАНИЯ
ГРУНТОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
В земной коре постоянно происходят геологические процессы.
Вулканы и землетрясения деформируют кору, под действием тем-
пературы, воздуха и воды она постепенно выветривается. При этом
в процессе выветривания и формирования новых пород основную
роль играет солнечная энергия.
Нагреваемые солнцем породы расширяются, а при охлаждении
сжимаются и растрескиваются, особенно, если в поры попадает
вода. В результате непрерывного дробления размер отдельных
частиц породы может уменьшиться до десятых долей миллиметра.
Этот процесс называется физическим выветриванием.
В глубь Земли проникают вода и воздух. Содержащиеся в них
кислород и углекислый газ химически разрушают горные породы.
Вода растворяет такие химически неустойчивые породы, как камен-
ную соль, гипс, известняки.
Преобразование горных пород и минералов в результате хими-
ческих процессов называется химическим выветриванием.
В зависимости от происхождения грунтовые отложения раз-
деляются на несколько видов, обладающих различными строитель-
ными свойствами. Рассмотрим основные виды отложений.
сложении и прочной коренной породе элювий может служить на-
f дежным основанием сооружений.
! Элювиальные отложения четвертичного периода обозначаются
. индексом elQ.
Делювиальные отложения
г
I Атмосферные осадки смывают песчаные и глинистые частицы
Е грунтов, накопляют их на склонах гор и у подножий (рис. 5) Эти
[ наносы, часто находящиеся в слабо уплотненном состоянии, носят
^.название делювиальных отложений, или делювия. К таким отло-
| жениям относятся главным образом суглинки, но могут быть пески,
( супеси и глины.
। Делювий, следуя общему уклону местности, как бы покрывает
। чехлом залегающие под ним породы, причем мощность делювия
обычно меньше у вершин склона и возрастает ниже по склону. В от-
личие от элювия, отложившийся по склону делювий может быть
сложен обломками различных пород и вследствие рыхлости обладает
меньшей устойчивостью под сооружением. Это обстоятельство
должно быть учтено при выполнении строительных работ. Так, ис-
кусственная выемка в делювиальной толще, особенно в нижней
8 части склона, может вызвать на верхнем участке оползни.
Делювиальные отложения обозначаются индексом d/Q.
~~ Ледниковые отложения
Особенно сильно проявляется работа воды (в виде снега и льда)
в горах, когда ледники и снежные лавины, опускаясь с гор в долины,
увлекают в своем движении глыбы скал, камни, щебень, песок.
После таяния ледника остается смесь этого разнообразного мате-
риала.
Сформированные под воздействием ледников отложения назы-
ваются моренами. Строительные свойства ледниковых отложений
очень разнообразны.
Ледниковые отложения, появившиеся в четвертичном периоде,
принято обозначать буквами-gl перед индексом Q, т. е. glQ.
Элювиальные отложения
Обломочные и иные материалы, образующиеся при выветрива-
нии и остающиеся на месте, называются элювиальными отложени-
ями, или элювием. Элювий может состоять из крупных обломков,
песка и глины.
Элювий представляет собой материал различной прочности в за-
висимости от степени выветривания. Вследствие значительной
пористости п неоднородности состава элювий дает неравномер-
ную осадку под сооружением. Однако при плотном, однородном
Аллювиальные отложения
Реки, раздробляя горные породы и перемещая их, образуют
I в своих долинах так называемые аллювиальные отложения — ал-
(лювий (рис. 5).
i Рис 5 Грунтовые отложения в долине реки’
| I — делювиальные насосы, 5 — надморенные пески. 3 — мо-
( рена, 4 — межкоренные пески, 5 — морена, 6 — аллювиальные
। наносы в русле реки
1 д
; Аллювиальные наносы в основном состоят из песков с гравием
|И галькой. Аллювий горных рек состоит обычно из валунов, гравия,
‘часто из чистого песка. Аллювиальные наносы резко отличаются
•от ледниковых и делювиальных.
I?
Во время весеннего половодья берега рек покрываются водой,и постепенного уплотнения его весом песка пли гравия, уложенного
причем ширина заливаемого водой пространства определяется гра-на поверхность основания.
ницей речной поймы, в пределах которой грунтовые условия бывают Морские отложения обозначаются индексом mQ.
обычно одинаковыми.
После спада полой воды на пойме остаются небольшие озера
и староречья, которые постепенно зарастают камышом, осокой, за- Озерно-болотные отложения
носятся илом. В результате среди аллювиальных песков образуются
слои торфа, ила. Болота в СССР занимают около 7% всей площади. Болота обра-
Вследствие неоднородности аллювия и возможности нахождениязуются двумя путями: 1) зарастанием и заторфованием озер; 2) за-
в нем прослоек торфа и других включений необходимо тщательноболачиванием лесов и лугов.
выбирать место под сооружение и внимательно следить за качеством" Все отложения болот представляют собой скопление остатков
работ. |ОТмерших растений или содержат их большое количество. К ним
Аллювиальные отложения четвертичного возраста обозначаютсяотносятся торф, ил и озерно-болотный мел.
буквами alQ. 5 Озерно-болотные отложения имеют малую несущую способность*
|И требуют применения специальных методов устройства фундамен-
Пролювиальные отложения 'тов.
Индекс озерно-болотных отложений IQ.
В горных и предгорных областях в период дождей и таянш
снега возникают грязе-каменные потоки — сели, состоящие из об
ломков горных пород и воды. Эти потоки растекаются в места) Эоловые отложения
выхода оврагов и балок в речные долины и могут обладать больше!
мощностью. В результате этого обломочный материал выпадаем Значительную геологическую работу производит ветер. В усЛо-
в виде отложений, которые называются пролювиальными. Состащиях сухого климата пустынь и степей он переносит мелкие вывет-
таких отложений обычно разнообразен (суглинки, супеси, галькафившиеся частицы породы на значительные расстояния. Так обра-
гравий и др.). зуются эоловые отложения. К ним относятся эоловые пески, обра-
Пролювпальные отложения обозначаются индексом plQ. ,зующие дюны и барханы.
Дюны — это песчаные холмы на низменных песчаных берегах
морей, озер и рек. Барханы — песчаные холмы, образующиеся
Морские отложения в пустынях.
Эоловые песчаные отложения весьма подвижны под действием
Океаны и моря, занимая 2/3 земной'поверхности, отлагают мощветра. Они могут засыпать возведенные сооружения.
ные слои осадков. К эоловым отложениям относят также значительную часть лёс-
Основная масса минеральных осадков, отлагающихся недалексов, т. е. грунтов, образовавшихся в результате выпадения частиц,
от берегов,— валуны, галька, гравий, песок и глина — приносятсшыносимых ветром при одновременном протекании почвообразова-
реками. Осадки в центральных частях океанов и морей состоятельных процессов.
главным образом из кремниевых и известковых скелетов простейши1 Под влиянием делювиальных, аллювиальных и других процес-
животных организмов. - сов лёсс превращается в лёссовидные породы — лёссовидные су-
Границы моря, как известно, непостоянны. Море, наступаглинки и лёссовидные супеси. Эти породы вместе с лёссом образуют
на сушу, размывает и выравнивает ее поверхность, покрывая еСгруппу лёссовых грунтов.
своими осадками. Так, под Москвой находят известняки, глина Лёссовые породы могут служить основаниями сооружений,
и пески с морскими раковинами, свидетельствующими о том, чтОднако в результате увлажнения могут проявиться деформации
на территории Подмосковья когда-то было море. ррунта, опасные для возведенных на них сооружений.
Морские отложения — пески, гальки и древние глины морской Эоловые отложения четвертичного периода обозначаются индек-
происхождения — являются хорошими основаниями для соорусом sQ.
жений.
Однако эти глины на склонах и в откосах выемок могут опол
зать. В морских отложениях имеется также ил, в состав которой
входят органические вещества. Ил может быть использован в ка
честве оснований сооружений только после предварительног
18
i
Г Л А В A I! :
i
ГРУНТЫ ОСНОВАНИЙ i
И ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ ’
§ 5. СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ГРУНТА |
Грунты, представляющие собой раздробленные несплошны|
тела, состоят из трех основных частей твердые минеральные чаф
тицы, образующие скелет грунта, вода и газ (в основном воздух^
Г
।
, Виды твердых частиц грунта s
Свойства твердых частиц зависят от их размера, формы и мине
ралогического состава. |
Имеется два вида твердых частиц, входящих в состав грунта*
1) частицы, образовавшиеся в результате механического разр)|
шепия горных пород. Эти частицы представляют собой зерна нб
правильной формы, окатанные или угловатые; их химический соста|
совпадает с химическим составом материнской, т. е. первоначаль
ной породы, '
ТАБЛИЦА 2
Классификация частиц
Наименование частиц Размеры частиц, мм 1
Галечные Более 10 !
Г раве чистые Песчаные 10-2
крупные 2-0,5
средние 0,5-0,25
мелкие 0,25-0,10
тонкие 0,10-0,05
Пылеватые:
крупные 0,05—0,01
мелкие 0,01—0,005
Глинистые Менее 0,005
2) частицы, образовавшиеся в результате химического преоб-
разования горных пород. Эти частицы имеют чешуйчатую или иголь-
чатую форму. Толщина чешуек в 10—100 раз меньше длины и ши-
рины. Размеры частиц очень малы, а их химический состав отли-
чается от состава материнской породы.
В зависимости от размеров частиц принята их классификация,
приведенная в табл. 2.
В природных условиях грунты представляют собой смесь раз-
личных по крупности частиц.
Грунтовая вода, ее происхождение
Атмосферные осадки, просачиваясь в землю сквозь водопрони-
цаемые слои, служат основным источником грунтовой воды. Кроме
осадков (дождя, снега, росы, града) в грунт попадает влага в резуль-
тате конденсации водяных паров.
Достигая водонепроницаемого слоя (водоупора), вода течет по
его уклону (рис. 6). Если на пути к водоупору вода встречает
Рис 6 Грунтовая вода’
1 — поверхность Земли, 2 ~ водопроницаемый грунт (песок), 3 — поток грунто
вой воды, 4 — поверхность капиллярной воды b — верховодка, 6 — водонепро
ницаемый грунт (глина), 7 — выход грунтовой воды (источник), Н — падение
уровня воды между А нВ, L — горизонтальная проекция пути грунтовой воды
между А и В
местные включения глинистого грунта, она частично в них задер-
живается и образует так называемую верховодку. Верховодка не-
постоянна, она пополняется после дождей, а затем поглощается
растениями и испаряется.
Химически чистой воды в природе нет. Более чистая вода атмос-
ферных осадков, проникая в грунт, пополняется газами и раство-
рами органических и неорганических веществ грунта. В отдельных
случаях в грунтовой воде могут содержаться такие соединения,
которые оказывают разрушающее действие на материалы фунда-
ментов (выщелачивание бетона) и на такие грунты оснований, как
известняки, доломиты, гипсы. Такая грунтовая вода называется
агрессивной.
20
21
Виды грунтовой воды тах и стенах зданий, например, капиллярная вода может под-
няться на высоту одного этажа и являться источником сырости
В результате исследований А. Ф. Лебедева, И. В. Гребенщи- в помещениях.
кова и других отечественных ученых установлено, что вода в грунте
может быть связанной, свободной, в виде льда, пара.
Вода в виде льда находится в грунте при температуре ниже Структура и связность грунтов
0сС, заполняя поры отдельными включениями, прослойками, лин
зами. Под структурой грунтов понимают относительное расположение
Водяной пар образуется в результате *испарения остальных видов различных по крупности и форме частиц и характер внутренних
воды и перемещается, как газ, в порах грунта. ° связей между ними. Эти связи называют структурными. Характер
Связанная вода встречается в грунте в виде гигроскопической, структурных связей в большой степени влияет на прочность грунта,
и пленочной. так как растягивающие напряжения, возникающие между мине-
Связанная вода удерживается в грунте молекулярными силами ральными частицами грунта, воспринимаются только структурными
притяжения, которые достигают у самой поверхности частиц не- связями, имеющимися между ними. Сопротивление, препятствую-
скольких сотен килограммов на 1 см2 и практически перестают щее взаимному отрыву частиц, называется связностью. Связ-
влиять уже на расстоянии 0,5 мк от поверхности частицы *. ность грунтов зависит от величины молекулярных сил, действующих
Гигроскопическая вода осаждается на поверхности грунтовых между частицами, которые в свою очередь зависят от площади со-
частиц в виде конденсата. Доказательством этого явления служит то, прикосновения частиц и количества молекулярно-связанной воды,
что грунт, вынесенный из сушильного шкафа на воздух, увеличи- Песчаные грунты, которые состоят из относительно крупных
вается в весе, привлекая воду из воздуха. Предельная гигроскоппче- частиц (более 0,1 мм), имеющих форму зерен, и у которых площадь
ская влажность — максимальная гигроскопичность достигай соприкосновения очень мала, не обладают связностью и называются
в песке 1%, а в глине — до 17% веса сухого вещества грунта; несвязными, или сыпучими, грунтами.
Дальнейшее увеличение воды в грунте образует пленочнук! Грунты, в состав которых входит большое количество глинистых
воду с толщиной слоя в десятые доли микрона. При увеличен™ чешуйчатых мелких частиц, имеющих большую площадь сопри-
толщины пленки более 0,5 мк образуется свободная вода. . косновения, называются связными грунтами. Состояние связных
Свободная вода встречается в грунте в виде гравитационной грунтов зависит от прочности связей между частицами.
и капиллярной. о Свободная вода, находящаяся в грунте, разъединяет частицы,
Гравитационная вода — это грунтовая вода в обычном (житей уменьшает прочность связей и увеличивает их подвижность Если
ском) представлении. Гравитационной она называется потому; в грунте имеется только связанная вода, то он находится в твердом
что ее перемещение в грунте обусловливается силами тяжести, состоянии. При увеличении влажности и появлении свободной
Капиллярная вода располагаете^ выше гравитационной и за, воды он переходит сначала в пластичное состояние, а затем в те-
полняет частично или полностью поры грунта, удерживаясь в шцкучее. Состояние связных грунтов, отражающих степень подвиж-
силами капиллярного натяжения. _ _ ности частиц в зависимости от влажности, называется консистен-
Предельное насыщение грунта капиллярной водой называется цией (густотой) грунта.
капиллярной влагоемкостью грунта. Высота подъема капиллярной Разрушение структурных связей может происходить не только
воды зависит от поперечного размера капилляра и материалу счет увеличения влажности, но и в результате динамических
частиц грунта. Подъем капиллярной воды в порах заканчи(вибрационных нагрузок, под действием которых происходит раз-
вается в том случае, когда наступает равновесие между весох|жижение грунта. После прекращения действия нагрузок прочность
поднятого столба воды и подъемной капиллярной силой. В пес|структурных связей между частицами восстанавливается. Это яв-
чаных грунтах при диаметре капилляра d = 0,01 см высота подъление называется тиксотропией грунта. Оно характерно для связ-
ема капиллярной воды достигает всего 30 см’, при диаметре женых грунтов.
капилляра 0,005 мм, соответствующем размеру частицы глины;
капиллярная вода поднимается до 400 см. ;
Капиллярное всасывание воды наблюдается и в зданиях: § в. ВИДЫ ГРУНТОВ
если они не защищены от увлажнения. В каменных фундамен
__________ ' По номенклатуре грунтов, принятой в Строительных нормах
* При переходе к Международной системе единиц (СИ) сила должна быт/^ Правилах (СНиП II Б. 1 62 ), различают следующие основные
выражена в ньютонах н, давление в н/сл?, удельный и объемный вес в н1сл№ ды грунтов основании, скальные, крупнообломочные, песчаные
При этом 1 кс = 0,81 н. И глинистые.
22
23
J Крупнообломочные грунты
Л Крупнообломочными называются несцементированные грунты,
иириды с /r.Cur.ut. ....., .. J. “Держащие по весу более 50% обломков кристаллических или оса-
сцементированные, залегающие в виде сплошного!д°чных ПОРОД с размерами,более 2 мм. К крупнообломочным грун-
образующего подобие сухой| м относятся щебенистый (галечниковый) и дресвяный (гравий-
’ F J рыи) (см. табл. 4).
Щебень представляет собой неокатанные обломки горных пород
размером от 100 до 10 мм. Окатанные обломки таких размеров на-
дрываются галькой.
сооружении нииижна. — ----------'|ропыРпазмепоме,отИе1(?Спп09е^еРНЬп °^ломки выветривающейся тю-
можно считать несжимаемыми. Но,несмотря на свою проч-jP д размером от 10 до 2 мм. Окатанные обломки называются
Скальные грунты
Песчаные грунты
К песчаным грунтам относятся те, которые в сухом состоянии
и со-
К скальным грунтам относятся изверженные, осадочные и ме-
таморфические породы с жесткой связью между зернами, т. е.
спаянные или <
массива или трещиноватого слоя
кладки.
Наиболее распространенные виды скального грунта: граниты,
песчаники, известняки и др.
Деформация скальных грунтов в основаниях даже самых тя-|
желых сооружений ничтожна. Поэтому практически скальные|
грунты Мижни L4H1O1D пилиипии,ил.ш.. ---.г.. -----г - йгпавием
ность скальные грунты, как и другие, могут постепенно разру-g и •
шаться под влиянием атмосферных воздействий. Вода может рас-1 *рупнообломочные грунты могут быть элювиального, делюви-
творять и выщелачивать основной материал породы или ее Whoto и аллювиального происхождения. Такие грунты обычно
монтирующее вещество. ^являются удовлетворительными основаниями: они слабо сжи-
Особенно сильно скальные породы разрушаются кислотамиРа1°тся по« нагрузкой, оказывают значительное сопротивление
находящимися в сточных водах химических и металлургически^вигУ и слаб° размываемы водой. Физические свойства крупно-
заводов сточных вид лн Тобломочных грунтов обычно не меняются при увлажнении.
При отсутствии подобных внешних воздействий массивные,
скальные породы являются наиболее прочными основаниями всех,
сооружений и зданий.
Грунты, имеющие предел прочности при сжатии в водонасыщен, ________ „______
ном состоянии менее 50 кг!см~ (мергели, окремненные глины, пес становятся сыпучими, не обладают свойством" пластичности1
чаники с глинисто-кремневым цементом и т. п.), а также раство^ержат менее половины по весу частиц крупнее 2 мм. Форма их
ряемые или размягчаемые водой (гипс, гипсовые песчаники и т. п.)йолее или менее округленная. В зависимости от содержания частиц
называются полускальными грунтами. Полускальные грунты боле^азличной круПНОСТИ пески называют гравелистыми крупными
чувствительны к внешним воздействиям, в частности к процессам-редней крупности, мелкими и пылеватыми.
выветривания, чем скальные. Классификация песчаных грунтов по крупности их частиц дана
Воздействие воды на скальные грунты измеряется коэффициен3 табл. 4 на стр> 29. F д
том размягчения Кразм. По минералогическому составу пески бывают кварцевые слан-
Коэффициентом размягчения называют отношение предела девые и известковые. Наиболее прочные — кварцевые пески,
прочности при сжатии грунта в водонасыщенном и в воздушно- г.—цщщто Ш1М1
сухом состоянии. Скальные грунты с Кразм 0,75 называютсцые свойства, ухудшая их. Это влияние менее
размягчаемыми. ; ; __г __________
Грунтовая вода, воздействуя на гипс, известняки, мергел|ильно влияёт увлажнение на мелкие и пылеватыеТтески с илистыми
и некоторые другие породы полускальных грунтов, образует в wj глинистыми примесями. Эти грунты в водонасыщенном состоянии
массивах трещины и пустоты, в результате чего на поверхност11од влиянием динамических нагрузок становятся текучими
Земли появляются впадины, воронки и провалы. Это гак называе' Такие грунты значительно осложняют устройство оснований
мые карстовые явления, распространенные в горах Крыма, Кавказу при правильном производстве работ эти затруднения могут быть
тт тгжттт т int к £ ________
гравелистыми, крупными,
Классификация ^песчаных грунтов по крупности их частиц дана
По минералогическому^составу пески бывают кварцевые, слан-
Увлажнение песчаного грунта может влиять на его строитель-
. . ------------заметно в крупных
тесках и возрастает по мере уменьшения размера частиц. Особенно
такие грунты значительно осложняют устройство оснований
и Урала.
На поверхности скальных и полускальных пород обычно нахо
дятся выветрившиеся части — обломки основной породы, называй
мые разборной скалой.
При устройстве оснований наиболее капитальных сооружении
иногда приходится удалять разборную скалу или закреплять е|
способом цементации или битумизации (см. §30). i
преодолены (см. § 39). Чистые пески, в особенности крупный песок
твляются хорошими основаниями. ’
Глиниотые грунты
Глинистыми называются связные грунты, обладающие плас-
[чностью, т. е. способностью изменять форму под давлением и со-
>анять эту измененную форму после снятия давления. Такие
24
25
грунты способны при добавке воды переходить из твердого состоя-' Растительные грунты
ния в тестообразное, а с дальнейшим увлажнением - в текучее
состояние. Пластичность глинистого грунта обусловливается нали- Растительными называются грунты, содержащие в той или иной
чием в нем частиц в виде чешуек наибольшим размером менебстепени остатки растений. Видов растительных грунтов несколько.
0 005 мм и толщиной менее 0,001 мм Ьсли растительных остатков содержится до 10% (более 3% по
В зависимости от пластичности, обусловленной наличием в глщвесу от минеральной части для песчаных грунтов и более 5% —
нистом грунте частиц различной крупности, его называют супесью^для глинистых), то к названию грунта добавляется: «содержащий
суглинком или глиной. Супеси содержат от 3 до 10% частиц менеурастительные остатки».
0 005 мм, суглинки —от 10 до 30%, глины более 30 /о. , Д-сли разложившихся растительных остатков содержится от 10
В зависимости от формы, размера и состава частиц глинистых иоЬО/о, то к названию грунта добавляется слово «заторфованный».
песчаных грунтов, они обладают совершенно различными свОид!ри содержании разложившихся растительных остатков более 60%
ствами. [грунты называются торфяными.
Строительные свойства глинистых грунтов существенно завися^ Растительный покров Земли при возведении сооружений следует
от их влажности. Кроме того, на строительные свойства этих грущудалять. Исключение составляют легкие временные постройки. '
тов влияет также и низкая температура. С наступлением зимних хо| единичные случаи возведения малоэтажных кирпичных зданий
лодов возможно образование пучин, т. е. неравномерных вздутийа торфяных грунтах говорят о возможности использования ИХ
поверхности Земли (бугров), которые весной, после оттаиваниф качестве оснований; при этом следует учесть неизбежность больших
гпунта понижаются. После этого грунт на месте пучины оказырсадок и принять необходимые меры против возможных повреж-
вается настолько насыщенным водой, что теряет первоначальну^ений здании.
ПР Путаны при своем образовании § 7. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
в особенности легких мзлоэтзжных здзнии. оесно , Р
новении пучин, фундамента опускаются. nm„VQUH{i r ЧЛЯ! Физические и механические свойства грунтов зависят от свойств
в результате таких неравномерных подьемов и опускании в зда оставных часте„ количеств{РУС00тташения
НИИ могут появиться трещины, нередко мешающие нормальной е%ставных частей н от их взаим0действия
эксплуатации. Физические и механические свойства грунта могуг быть выпя
Исследование пучения впервые пройдено РУ^ки^ >ны различными характеристиками. Основные из этих характери-
рами в прошлом столетии определяются опытным путем в лаборатории или в полевых
и продолжается в настоящее время. В. Н. Штукеноерг выяс И4словиях> а производные вычисляются по Фоомупям
что для образования пучин недостаточно той воды,, кот-р Лходят величины основных характеристик
держится в грунте при его замерзании, а необходимо Исходными физическими характеристиками грунта являются-
к промерзшему грунту подсасывалась вода из ни е щИьранулометрический состав, удельный вес, объемный вес, влаж-
слоев. „ «ость, граница раскатывания и гоанина текичргты
Глинистый грунт в зависимости от своей консистенции може н и граница текучести,
быть более или менее падежным основанием — вполне надежны!
в твердом и пластичном состояниях и ненадежным в текучем и пре
^Глинистые грунты, имеющие видимые невооруженным глаза Гранулометрический, или зерновой, состав грунта_____это отно-
поры, которые значительно превосходят размеры частиц грунтйтельное содержание в нем твердых частиц различной крупности,
называются макропористыми грунтами. „ Второе принято выражать в процентах от общего веса исследуе-
к глинистым грунтам, находящимся в начальной стадии своегЬго грунта.
t Состав грунта устанавливается гранулометрическим анализом,
__тиц менее u,ui мм и wioikc .... ——-------- ги котором твердые частицы грунта разделяются на отдельные
Илистые грунты сильно деформируются под нагрузкой и поэтом уппы или фракции по крупности. Каждая такая группа частиц
в качестве оснований ненадежны. Однако глубоко залегающи|вешивается, и определяется процент содержания отдельных групп
илистые грунты, уплотненные мощными напластованиями др$) весу) в образце грунта. Камни крупнее 10 см отбираются из
гих грунтов, могут служить надежными основаниями, хотя принта руками и взвешиваются отдельно.
извлечении проб из буровых скважин кажутся, на первый взгляд Для разделения частиц на фракции применяется стандартный
слабыми. б°Р снт с отверстиями 10; 2; 0,5; 0,25; 0,1 мм, через которые
в которые
Гранулометрический состав грунта
называются макропористыми грунтами. ।
К 1ЛИПИС1П1М ipjniui», ..... ...
формирования, относятся илистые, содержание около 30—5091
частиц менее 0,01 мм и богатые органическими веществами. ।
Ги котором твердые частицы грунта разделяются на отдельные
[»Ч?ГТГТЬ.Т TJTTTJ гт\г> стгтпт, т »-г л ___ TZ
26
27
-^ительно соотношение их в грунте. Чем меньше диаметр отделяемых
пппсрЙвянии' оставшиес<астиц> 1ем продолжительнее время осаждения — до нескольких
при просеивал _________ ___Суток и более. .
Для наглядности данные гранулометрического анализа грунтов
£ и,1 мм i^JUnyatu^n в “"Менный в ПР°Це1^Н0ГДа И30бРаЖаЮТСЯ В ВИДе гРафиКЭ (рИС. 7), На КОТОрОМ ПО Гори-
оставшихся на каждом сите, выраж таблиц40нтальн0я оси откладывают логарифмы размеров частиц, выражен-
сухого образца грунта, заносит табл_ |ых в микронах, а по вертикальной оси — процентное содержание
ситового анализа грунта привед ГруНте частиц крупнее данного размера. При этом по вертикальной
ТАблица|си последовательно откладывают количество частиц каждого раз-
___________|ера, начиная с самого мелкого. Величина ординаты для каждого
размера частиц получается путем последовательного суммирования.
Вси|1олученная кривая носит название кривой неоднородности грунта.
-—I Степень неоднородности грунта по гранулометрическому составу
Характеризуется коэффициентом неоднородности
10ц ic __^в<>
I н — rl
I °10
просеивают предварительно высушенный до постоянного веса об|
разец грунта весом не менее 50 г. Пр” пстявп1иее11
в грунте частицы крупнее 10 мм задерживаются на верхнем сите?-
а частицы менее 0,1 мм собираются в чашке под нижним ситом
Вес частиц, с...... ....
тах от общего веса
Пример результатов
грунте частиц крупнее данного размера. При этом по вертикальной
ППГ Ппппо ОТп гтт TTZX ---- .. '
Диаметр частиц
Вес частиц каждой
группы, г . * •
Вес, %............
Крупнее
10 мм
От 10 до
2 мм
От 2 до
0,5 мм
От 0,5
до 0,25
мм
От 0,25
до 0.1
ММ
Меньше
0,1 мм
4
8
6
12
10
20
13
26
12
24
5
10
d
Для дальнейшего разделения более мелких частиц (мельче 0,1 мг ‘
грунта применяется метод анализа по принципу их осаждения в вод! ,
------------------------- ---- т/тупингТР 11ЯГТИП. I
Для дальнейшего разделения более мелких
продолжительность которого зависит от крупности частиц.
Рис 7 Графики неоднородности грунтов:
] — кривая при Кн = 8,5; II — кривая при Кн «= 5
(1)
!60 — такой диаметр частиц, меньше которого в исследуемом
грунте содержится (по весу) 60% частиц;
i10 —диаметр частиц, меньше которого в грунте содержится
110% частиц.
Величина коэффициента неоднородности не может быть меньше
йницы и практически не бывает больше 200. Чем меньше коэф-
щиент неоднородности, тем однороднее грунт. При > 3 лес-
ные грунты считаются неоднородными.
В зависимости от зернового состава крупнообломочные и песча-
Йе грунты, согласно СНиП П-Б. 1—62, подразделяются на виды,
разанные в табл. 4.
ТАБЛИЦА 4
Виды крупнообломочных н песчаных грунтов
Виды грунтов
Распределение частиц грунта
по крупности
А Крупнообломочные грунты
бенистый (при преобладании ока-
янных частиц—галечниковый)
есвяный (при преобладании
рнных частиц—гравийный)
| Б. Песчаные грунты
ока-
Вес всех частиц крупнее 10 жл со-
ставляет более 50%
Вес всех частиц крупнее 2 мм со-
ставляет более 50%
бвелистый песок
|гпный песок
рней крупности песок
ркий песок
Частицы песчано-глинистого грунта разделяются на фрак1Г'по,“ “схл"'
при осаждении после размешивания в цилиндрическом сосуде с ------------
дой в соответствии с имеющейся зависимостью между скорое»
падения частиц и их крупностью. Рни песок
По прекращении размешивания на дно сосуда выпадают cteBaTblft пес
чала песчаные частицы. Затем над ними оседаюг глинистые часты
Соотношение высоты слоев песка и глины в сосуде дает приб,
Вес всех частиц крупнее 2 мм состав-
ляет более 25%
Вес всех частиц крупнее 0,5 мм со-
• ставляет более 50%
Вес всех частиц крупнее 6,25 мм со-
ставляет более 50%
Вес всех частиц крупнее 0,1 мм со-
ставляет более 75%
Вес всех частиц крупнее 0,1 мм со-
ставляет менее 75%
28
I-
Чтобы определить наименование грунта, нужно последователи! Объемный вес скелета можн
просуммировать проценты содержания частиц исследуемого грунт 0 наити из соотношения
сначала крупнее 10 мм, затем крупнее 2 мм, далее крупнее 0,5 д
и т. д. Название грунта принимается по табл. 4.
Удельный вес, объемный вес
и влажность грунта
п — Р |10Р — 1______Рек_____1 _ ______
Рск + Рпор Рск+Рпор 7ч(1 +0,01 WY
Гск — объем скелета грунта во взятом образце грунта, т. е.
величина постоянная.
To
(3)
[/ __ Тек ______То
ск 7ч TmO+O.OIIV)’
— объем пор, который может меняться,
таттл------------------------ '
—ДщДл», откуда Тск==—1е___
Тск 1 1+0,01 Г’
-ГДедТя~паземыхаЯ ВЛажность в Долях единицы.
й /2блется в п₽еделах от
Удельным весом уч грунта называют отношение веса часпРбъему грунта (Гск + у . отношение объема пор Ипор к общему
грунта, высушенных до полной потери влаги, к объему, занима! ск пор ’
мому этими частицами.
Чтобы удалить воду из образца грунта, его высушивают nj
температуре 100—105° С до постоянного веса. Объем, занимаем!
частицами, определяют при помощи пикнометра с водой (сгдесь
ГОСТ 5181—64). ,?
Удельные веса грунтов приближенно, с точностью до 2%, мой
принимать равными: песков 2,66 г/сл?, супесей — 2,7 г/см9, с
глинков — 2,71 г/см9, глин — 2,74 г!см?, лёссов — 2,65 г/с
и лёссовидных суглинков — 2,68 г/см3. L у
Под объемным весом уо грунта понимается, так же как и д|’е ^п°р ииъем пор, который может меняться
других материалов, вес единицы объема, включая вес скел® „ естественном высыхании образца. ’ пРИМеР> при
грунта и воды, находящейся в его порах. L Коэффициент пористости е — отношение ™
Для определения объемного веса грунта (см. ГОСТ 5182—(геРДых частиц, т. е. скелета грунта К °®ъемУ
необходимо взять образец грунта в ненарушенном состоят^
т. е. сохранить объем и влажность, которые он имел в масс» е__Р™р_^ п тЛ + щ
ДО ВЫеМКИ. ДЛЯ ЭТОГО ПрИМеНЯЮТСЯ ГруНТООТборОЧНЫе ГИЛЬЗ Рек 1— п Yo 1-
погружаемые в грунт. Определять объем и вес образца грунта нуя| КоэЛЛи
сразу же после выемки его. В противном случае следует предохк к т^па»ЗпйОыИСТОСТИ еСТЬ отношение переменной величины
нить вынутый образец от высыхания и изменения объема. Для эт( ₽ ояннои иск во взятом объ₽»д0 „------
образец надо залить парафином или хранить его в металличес^
бюксах с плотно надетыми на корпус крышками до определен
его объемного веса в лаборатории.
Весовой влажностью W грунта называют отношение веса во| 'пёсчГнь7™
содержащейся в данном объеме грунта, к весу этого грунта, вы____
(2)
(4)
_____uvvirnnnDl
ск во взятом объеме грунта, поэтому пользо-
1ться им удобнее, чем отношением двух переменных величин,
жим является пористость.
Под в будем далее понимать коэффициент пористости грунта
природном, т. е. естественном, ненарушенном состоянии.
Пес’цжътз грунты разделяются на плотные, средней плотности
— записи -
шдерлащсти о доипига uvncmc п dllj- ipjn.a, uu ПЫХЛЫР R чяпппт,«+^ , Minnie, средней ПЛОТНОСТИ
шейного при температуре 100—105°С до постоянного веса. Весой,иведенн’ых fi м°сти от величин коэффициентов пористости
т-> rrnXTZTizvr>'T'T- DLTn OMZOI/YT П ГТ РЛ1Т ПТТ^Г Й V 1ЛПП nnnav РП ITU LTTTRT ‘ IdUJl. о. ’
влажность выражают в процентах или долях единицы. ;
Для определения весовой влажности используют образцы гр у»
отобранные при определении объемного веса (см. ГОСТ 5179—|
Характеристики грунта,
определяемые вычислением
ТАБЛИЦА 5
Коэффициенты пористости е песчаных грунтов
Виды песчаных грунтов
Зная исходные характеристики грунта уч, у0 и W, можно njj ‘ —------------
расчета найти следующие производные характеристики. рки гравелистые, крупные
Объемный вес скелета грунта уск — отношение веса обрДедне” крупности........
грунта, высушенного при 100—105 С до постоянного веса, к об^ки пылеватые ......
образца в ненарушенном состоянии.
30
Плотность сложения
плотные средней ПЛОТНОСТИ рыхлые
И е < 0,55 е < 0,60 с < 0,60 0,55 < e;S 0,65 0,60 s' е s= 0,70 0,60 < е =s 0,80 е > 0,65 е > 0,70 е > 0,80
31
I
Объемный вес грунта, взвешенного в воде уВЗЕ, находите®
с учетом потери веса частиц <_____ _ ДпхимелаЬ
по формуле
Твзв = (Тч — Тв) (1 — л) = >
где ув — удельный вес воды, равный 1 г/см9.
Для грунтов, все поры которых заполнены водой, уВЗЕ можн^РУНтов:
определить по формуле I
ТвзвТо К
Полная влагоемкость грунта — весовая влажность грунта пр;
полном заполнении пор водой \
IJ7 _ п°р7в _Е 7 в / "*
И7 ПОЛИ — I/ V ~" V • V |
v ск 14 7ч f
Степень влажности G — доля заполнения объема пор вод'
G Г -^W
ПИНОЛИ ТвЕ
В зависимости от степени Ыилши.... .rJ -
влажными, если 0 < G 0,5; очень влажными, если 0,5
и насыщенными водой, если 0,8 < G < 1.
где Тв — удельный „„
определить по формуле
-__________ Число пластичности W„ — разность весовых влажностей (вы-
скелега грунта по закону Архимеда|раженнь1Х в процентах), соответствующих границе текучести и гра-
нице раскатывания
(5 Wa==W,-Wp. (9)
[ По числу пластичности производится классификация глинистых
Супесь, при 1 п < 7,
cyi липок, при 7 < W„ С 17,
глина, при 11''„ > 17.
I Величина числа пластичности связана с содержанием в грунте
глинистых частиц размером < 0,005 мм\ чем больше таких частиц,
»ем больше число пластичности. В глинах содержание глинистых
вастиц составляет более 30%, в суглинках от 10 до 30%, а в супесях
|тЗ до 10%.
i Консистенция (состояние) глинистого грунта зависит от его
(Весовой влажности и от влажностей на границе текучести и раска-
|ывания. Коэффициент консистенции определяется по формуле
В = 0°)
t
; В зависимости от значения В глинистые грунты могут быть
i различном состоянии. Состояние глинистых грунтов определяется
jo СНиП в соответствии с табл. 6.
влажности грунты могут быть мат|
очень влажными, если 0,5 G 0,|
Пластичность и консистенция
глинистого грунта
ТАБЛИЦА 6
Наименование глинистых (непросадочиых) грунтов по консистенции
Пластичность
ности. Характерными
глинистого грунта изменяется с изменением вла£
значениями влажности при этом являюпГ
граница раскатывания, граница|
кучести и число пластичности. Г
Граница раскатывания Ц7р|
это влажность, при незначите/
ном уменьшении которой грунт ^Рдые..........
реходит в полутвердое состоян1Ку^н_“ ’ • •
той влажности грунто|
раскатанное в жгут то
------- ,,„ЛП1ПТ>ердые........
олутвердые . . .
/гопластичлые
1 раппци --------- _ —ТЭ1 ягкопластичные ,
влажность грунта, при незна ?кУчепластичные
тельном увеличении которой гр “кУЧИе........
переходит в текучее состоя!
При этой влажности конус ве'
76 г (вместе с балансиром) погру.
ется в грунтовое тесто на велич! ‘
10 мм (ГОСТ 5184—64). Схема п|
---------------------tTO ПЫГВ
При ЭТОЙ
тесто, ।
щиной 3 мм
(ГОСТ 5183—64).
Граница текучести W
Наименование грунтов
Консистенция В
Супеси
Суглинки и глины
0,75
атанное в Ъердые
начинает крошит^
лутве.
Рис. 8. Прибор для определения
границы текучести грунта:
/ — грунтовое тесто; 2 — конус, 3 —
круговая метка, 4 — балансирный шар;
5 — подставка; 6 — ручка
бора для определения границы текучести грунта дана на рис.
Величины 1ГР и !КТ зависят от содержания в грунте глинис
частиц, а также от их минералогического состава.
32
Примеры определения
физических характеристик грунтов
Пример 1. Определить наименование и свойства песчаного
унта, имеющего следующие данные лабораторного анализа: гра-
щометрический состав приведен в габл. 3; объемный вес грунта
> 2 Зак 143 33

го = 1,89 т!м\ удельный вес уч = 2,69 т/м3, естественная влаж
ность W = 13,5%.
1. Для определения наименования грунта данные табл. 8 пред|
ставим в таком виде:
Частиц крупнее 10 мм
То
»
»
»
2. Коэффициент консистенции по формуле (10)
3. Коэффициент пористости по формуле (4)
тч (1+0,01 М7) , 2,77 (1+0,01-26,27)
е_ — — 1 — - -2 ()1 - и,/1.
В соответствии с данными табл. 6 суглинок находится в мягко-
весу
»
»
»
»
по
»
»
8%
8 + 12 = 20%
20 + 20 = 40%
40 + 26 = 66%
66 + 24 = 90%
2 мм
0,5 мм
0,25 мм
0,1 мм
fпластичном состоянии.
Первым сверху размером, соответствующим одному из показ»
телей табл 4, будет размер частиц 0,25 мм, которых 66/о по вес}|
? е более 50%У Поэтому данный грунт относят к пескам средне^
крупности. Кривая неоднородности для этого грунта построен)
на пИС 7 сп<* Стадии сопротивления грунта
Диаметры частиц, меньше которых в грунте содержится 60J
и 10% по весу, определяются путем проведения на графике неодне При проектировании фундаментов здания или сооружения не-
редкости горизонтальных линий на уровне 60% и 10/о (см. рис. Добходимо обеспечить достаточную несущую способность основания
Они равны соответственно d0 = 0,5 мм, d0 — 0,1 мм. ?и ограничить его деформацию допустимыми пределами.
Коэффициент неоднородности с учетом того, что W выражена в /с Основная особенность грунтов заключается в том, что они не
05 ^являются сплошными телами, а имеют поры, которые частично
t /<и=^?=^ = 5>3. .или полностью заполнены водой. Сначала при действии внешней
10 ’ ^нагрузки происходит только уплотнение (сжатие) грунтов за счет
Следовательно, песок неоднородный. ^уменьшения объема пор. Степень сжатия будет зависеть от величины
2 По формулам (3) и (4) находим пористость и коэффициа^аГруЗКИ и пористости грунта. При этом, если поры грунта запол-
„__Шены водой, процесс уплотнения под действием сжимающих дав-
лений может произойти только при условии выдавливания воды
(Из пор грунта. Поэтому скорость процесса уплотнения будет за-
висеть от скорости вытеснения воды из пор, т. е. от скорости филь-
трации воды в грунте.
» При увеличении на грунт нагрузки и особенно в случае дей-
ствия горизонтальных сил от сооружений, в основании возникают
касательные напряжения, которые стремятся сдвинуть частицы.
Сопротивление грунта сдвигу зависит от сил трения между части-
цами, а для связных грунтов еще и от сил сцепления пли связности.
В том случае, когда касательные напряжения больше сопротивления
грунта сдвигу, начинается смещение частиц грунта, которое интен-
:ивно нарастает и приводит к разрушению грунта в основании.
* г>--------------- [, на ко-
тором показана зависимость осадки штампа пли фундамента от на-
На первом участке осадка происходит только за счет уплотнения
грунта, т. е. изменения объема пор грунта, п носит линейный харак-
тер. С течением времени увеличение осадки прекращается, т. е.
(садка затухает и ее величина остается постоянной во времени,
'частку прямолинейной зависимости соответствует стадия или фаза
плотнения грунта (I).
На втором участке графика, где нагрузка больше, вследствие
его возникает сдвиг частиц относительно друг друга, зависимость
! 2* 35
же
»
»
1
§ 8. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
пористости •
„__1_________То _______I__________*’89______ л 382- !
П 7Ч (1+0,01 117) 2,69(1+0,01-13,5) ’ ’ К
_ Тч О+О.О1 Wz) _ J = 2,69(1+0,01 - 13,5) _ j g 603 Р
+ 1,89 ’ ’ '
В соответствии с табл. 5 песчаный грунт находится в состоянй,
средней плотности.
3. По формуле (8) определяем степень влажности
Q = = ОДИ 43^5^69 = 0 59 0д
е?в 0,603-1,0
Следовательно, грунт очень влажный:
Данный грунт является песком средней крупности, средне гж “Д'п рмрушенши грунта в осн
плотности, очень влажным. I nnvdLuo Ые выше явления можно выразить графиком
Пример 2. .Определить наименование и свойства глинисто; Рдки , яявисимлгтк пгяп,гы „„„ -----
грунта, имеющего следующие данные лабораторного анализа: об,руи„ „Д,_\
емный вес у0 = 2,01 г/см3, удельный вес уч — 2,77 г/см3, весов;,,
влажность W = 26,27%, влажность на границе текучести Ц/т
= 40,8%, влажность на границе раскатывания Wp = 19,8%.
1. Наименование грунта определяется по числу пластичности
формула (9)
№п = №т—№р = 40,8—19,8 = 21.
Число пластичности соответствует суглинку,
34
между осадкой и нагрузкой носит криволинейный характер. С те-|
чением времени осадка равномерно нарастает. Деформации грунтаЕ
происходят главным образом за счет сдвигов частиц. Эта стадия!
сопротивления грунта называется фазой сдвигов (II). В начальный
ее период несущая способность грунта еще не исчерпана. Но в конце?
сдвиг грунта получает все большее развитие и вызывает нарастание!
осадки без увеличения нагрузки, в результате чего происходит!
разрушение грунта и выпор его из-под фундамента (III). Осадка
Нарастает мгновенно и неограниченно. \
Нагрузки, передаваемые на грунт, должны соответствовать^
по своим значениям стадии уплотнения и вызывать только зату|
хающие осадки. Поэтому нагрузки на фундаменты не должны пре|
восходить предела пропорциональности между осадкой и нагрузкой!
Рис. 9. Стадии сопротивления грунта:
а _ график зависимости осадки от нагрузки, б — осадки от времени
'дном 4, через которые может фильтроваться содержащаяся в об-
разце свободная вода. При передаче на поршень 3 прибора возра-
стающей ступенями (по 0,5 кг/см2) нагрузки создается сжатие
грунта. Полное давление доводится до 6—8 kzIcm2. Деформация
образца отмечается индикатором 6.
Каждая ступень нагрузки выдерживается до прекращения де-
формации, т. е. до стабилизации осадки образна грунта. В песчаных
грунтах этот процесс проходит быстро, и время стабилизации из-
меряется минутами, а в глинистых грунтах может длиться нес-
колько дней.
а)
Рис. 10. Схема компрессионного прибора:
а — компрессионные испытания: 1 — образец грунта, 2 — кольцо, 3 — поршень;
4 — пористое дно, 5 — фильтровальная бумага, 6 — измеритель осадок, 7 —
ванна для воды при изучении водонасыщениых грунтов, 8 — нагрузка; б — ком-
прессионная кривая; / — кривая нагружения; 2 — кривая разгрузки; 3 — отре-
зок прямом
Ступени нагрузки и соответственные деформации образца на-
'ЯТ Т-I Я ГПЯгТплтг л-гт/ппг., __ * .
Это позволяет рассматривать грунты как'лИнейно-деформируфосят на график, откладывая по оси абсцисс давления р в кг/см2,
мир тела тес достаточной для практических целей точность® по оси ординат — деформации сжатия в виде изменения коэффн-
прпнимат’ь зависимость между деформациями и напряжениями •Йие«тД пористости в образца (рис. 10, б).
нейной. На этом допущении о линейной деформируемости грунте! коэффициент пористости для каждой ступени нагрузки опреде-
основываются расчеты напряжений и деформаций грунтовых оснйяется по величине относительной деформации, полученной при
, испытании образца, которая равна
вании. р
д
е~ h ’
Сжимаемость грунтов t
Компрессионные испытания f
Ие Л —
Исследование сжимаемости грунта производится в лаборато».
ных или в полевых условиях. *
В лабораториях исследование грунта на сжатие производив
в компрессионном приборе (рис. 10, а). Образец грунта 1 помещает)
в металлическое кольцо 2 прибора между поршнем 3 и пористь^СЖИГ[ае“'ь”
величина абсолютной вертикальной деформации
чения образца;
h — высота образца, см.
1рп этом считается, что деформация образца происходит
а счет изменения объема пор в грунте, а твердые частицы
'XTZT.TK TO X* т
укоро-
только
грунта
36
37

Тогда для начального состояния, т. е. до приложения на-
грузки, объем образца и коэффициент пористости грунта будут вы-
ражаться так:
V = Кек + Vnop = =
v СК
Здесь F — площадь образца, см3,
е0 — начальный коэффициент пористости
Для деформированного образца (после приложения нагрузки)
уменьшение объема образца будет. AF = ehF, а коэффициент по-
ристости будет равен
Упор — ehF V пор е (ГскУпор)
“ VCK уск -е°
(11)
е =
У СК
Таким образом, получается компрессионная кривая, т е кривая [
зависимости между нагрузкой и коэффициентом пористости.
На этой кривой образца грунта с ненарушенной структурой '
иногда можно выделить почти прямолинейный начальный участок '
АВ, отражающий естественное уплотнение грунта, которое он при- [
обрел в условиях природного залегания. !
При давлении, превосходящем природное, рост деформации [
ускоряется. Этим и объясняется изменение характера кривой I
в точке В. {
Для образцов грунта с нарушенной структурой участок АВ
на компрессионной кривой отсутствует. t
Кривая разгрузки не совпадает с кривой нагружения, а про- ,
ходит ниже ее (рис. 10, б). ' '
Обе ветви компрессионной кривой по своему очертанию имеют
вид гипербол. ,
В небольшом промежутке изменения давления, например, от
до р2, участок кривой можно заменить отрезком прямой CD. Тогда,'
в пределах этого участка зависимость между коэффициентом пори-
стости в и давлением р выразится таким уравнением
Рис 11 Схема прибора трехосного сжатия
1 — образец грунта. 2 — резиновая оболочка, 3 — поршень,
4, 5 — испытательная камера, наполненная жидкостью,
6, 7 — манометр
Особенность конструкции стабилометра заключается в том, что
| пространство между резиновой оболочкой 2, в которой находится
( образец грунта 1, и жесткими стенками металлического цилиндра 5
наполняется водой или другой жидкостью 4 и герметически заку-
' поривается. Таким образом, деформация сжатия проходит без
°Р’ |трения грунта о боковые стенки прибора.
пямой на вертй При действии внешней вертикальной нагрузки в грунте воз-
емый продолжением пр вникает горизонтальное (боковое) давление, увеличение которого
-------, отсека сжИмаемост|прямо пропорционально увеличению вертикальной нагрузки,
^^’уплогнения, или давления. | При
испытании грунта в стабилометре определяется боко-
— коэффициент уп интерВале изменен йюе давление, передаваемое образцом грунта на жидкость, ко-
грунта в данн уплотнения см /к - значения Второе регистрируется манометром 6. Исходя из этого давления,
Размерность ----------
КоэффИ^е*1 TQ4ej{ С И D прямо * далосжимаемЬ1е грунты являются надежным основанием сооружения,
и п.п« кпаиних (вредней сжимаемости могут дать неравномерные осадки, а при сильносжимаемых
|ребуется искусственное упрочнение.
где е0 — отрезок,
а — tg а-
и р для крайних
сионной кривой
Е1-Е2
а=------тс
Рг Pi
В зависимости от величины коэффициента сжимаемости грунты
могут быть:
При о =£0,001 сл1а/кг —малосжимаемые
При 0,001 <<з=£0,1 сл12/кг —средней сжимаемости
При a >0,1 см*!кг — сильносжимаемые*
Компрессионный прибор имеет существенный недостаток. Вслед-
ствие трения грунта о боковую поверхность цилиндра сжимаемость
грунта получается несколько иная, чем в естественных условиях.
Это влияние жестких боковых стенок устраняется в приборе трех-
осного сжатия, называемом стабилометром (рис. 11).
б, б,
6 J
б, .
~~ б,
ДиД

на основании обобщенного закона Гука по формуле (15) опреде-
ляется коэффициент поперечного расширения грунта или коэф-
фициент Пуассона р.
Напряжения и деформации образца
при компрессии
Образец груша, помещенный в кольцо компрессионного при-
бора, испытывает под воздействием вертикального- давления р
сжатие и воспринимает реакцию жестких стенок кольца в виде
бокового давления д, которое со всех сторон одинаково.
Таким образом, если из образца грунта выделить элемент в виде
параллелепипеда, то он будет сжат по трем взаимно перпендику-
лярным направлениям (рис. 12).
На основании формул обобщенного закона Гука, известного
из курса сопротивления материалов, можно выразить относи-
тельные укорочения элемента
грунта по вертикали и гори-
зонтали, считая его линейно
деформируемым и принимая о2 =
= о3 = <?:
= т~| «1 — Р (°2 + °з) I=
L J
= 4- (р—2М),
е2 = е3 = ^ Р(=1+°з)] •=
= £;|(1-р)<7-рр|. (14)
Рис 12 Напряжения и деформации
образца грунта при компрессии Здесь _ модуль общей дефор-
мации грунта, т. е. величина, со-
ответствующая модулю упругости твердых тел, но oi носящаяся не
только к упругой части деформации, но и к остаточной (кг/см2).
Обозначение напряжений показано на рис. 12.
Так как вследствие жестких стенок кольца деформация образца
по горизонтальному направлению отсутствует, то последнее вы-
ражение для е2 = е3 можно приравнять нулю и получить урав-
нение
7Г Ь (1—р)~Рр1=0-
*^о I J
Зная, что г/Е0 не равно нулю, приходим к выводу, что нулю
равно выражение в квадратных скобках. Это позволяет получить

(15)
40
Величина называется коэффициентом бокового давления
грунта. Этот коэффициент устанавливает соотношение между бо-
ковым q и вертикальным р давлением в грунте при отсутствии бо-
ковой деформации.
Если измерить боковое давление q, вызванное вертикальным
давлением р, го можно найти £ — q/p, а затем и р — £/1 -)-
Выражение (14) позволяет найти вертикальное укорочение
образца, т. е.
2p<7)=^-(p-2pT-!i-pU^-fl—(16)
£о £о V г1—н / £о \ 1—W Ео Е
где
ft 1 V _ (1-6) (1+25)
р 1—р. 1+5 ’ 1 ’
Е = -£ или Е0=рЕ. (18)
Величина ₽ является переходным коэффициентом от компресси-
онного модуля деформации Ео к модулю общей деформации Е.
Значения этого коэффициента можно вычислить по найденным зна-
чениям £ или р.
При испытании грунта в компрессионном приборе модуль общей
деформации определяется по следующей формуле
Ео
—Lif.
а
(19)
При испытании грунта в стабилометре модуль общей деформации
определяется по такой формуле
= (20)
где р — вертикальное давление;
е — относительная деформация.
Средние расчетные значения модулей деформации песчаных
и глинистых грунтов приведены в табл. 8 а, б, в, а коэффициентов £,
р — в табл. 7.
ТАБЛИЦА 7
Значения коэффициентов р, С [3
Виды грунтов 6 ц
Песок . . . 0,41 0,29 0,76
Супесь . . 0,45 0,31 0,72
Суглинок . . - . 0,59 0,37 0,57
Глина . . . 0,70 0,41 0,43
В СНиП П-Б.1—62 для коэффициента р, учитывая упрощенную
Схему расчета, принимается единое значение 0,8 для всех грунтов.
При определении характеристик грунтов по табл. 8, 9 следует
учитывать следующее:
1. Значения модуля деформаций Ео для гравелистых, крупных
и средней крупности песков даны при степени неоднородности
Кн < 3.
2. При коэффициенте неоднородности Л'н Зз 6 табличные зна-
чения модуля деформации должны быть уменьшены в три раза.
При промежуточных величинах /<н значения Ео определяются
интерполяцией.
3. Характеристики глинистых грунтов относятся к грунтам
четвертичных отложений при содержании растительных остатков
не более 5% при условии полного заполнения пор водой (степень
влажности G 0,8).
4. Данные табл. 8, 9, 10 не распространяются на глинистые
грунты текучей консистенции (при В > 1) и рыхлые песчаные
грунты.
ТАБЛИЦА 8
Нормативные и расчетные значения параметров линейности С, кг/см2,
углов внутреннего трения <р, град, и модулей деформации песчаных
грунтов Ео, кг/см2 (независимо от их происхождения и возраста)
Наименование видов грунтов Характеристика грунтов Характеристика грунтов С, <р и Ео при коэффициенте пористости 8
0.41-0.5 0,51—0,6 0,61-0,7 0,71—0,8
норма- тивные расчетные' норма- тивные ! расчетные норма- тивные расчетные норма- тивные расчетные 1
Пески гравели- с 0,02 __ 0,01
стые и круп- ные ф 43 41 40 38 38 36 — —
Ео 500 — 400 — 300 — — —
Пески средней С 0,03 — 0,2 0,01
крупности Ф 40 38 38 36 36 33 — —
£о 500 — 400 — 300 — — ~-
Пески мелкие С 0,06 0,01 0,04 — 0,02 — —. —
ф 38 36 36 34 32 30 28 26
£о 480 — 380 — 280 — 180 —
Пески пылева- с 0,08 0,02 0,06 0,01 0,04 0,02 —
тые ф 36 34 34 32 30 28 26 24
390 — 280 — 180 — ПО —
42
Нормативные значения модулей деформации глинистых грунтов Ео, кг/см2
<3>
<
К
Модули деформации грунтов Ео при коэффициенте пористости е 1,51-1.7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 । । ° 1 Is
1,31-1,5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 I 88
1,11-1,3 1 1 1 ) III- 1 1 1 1 1 220 190 160
! 1,01-1,1 1 1 13 ООО см о г- I 1 1 1 1 iQ Й I CM CM '
0,91-1,0 1 ООО —«соо ООО 1О см о 1 1 IS 1 OO | CM cm
0.81-0,9 О 140 110 80 ООО со ю см о 140 100 | 1 1 1 1
0,71-0,8 о о ООО г- т* 210 180 150 о 210 170 130 | 1 1 1 1
' 0,61-0,7 о 220 190 170 ОО . — см см 1 о ООО Г-CNH CM CM —- 1 1 1 1
0,51-0,6 о М" см 88 | О1 см * О 1 I см1 1 Q CM oo , CO GO CO CM ' о lQ 1 1 1
0,41-0,5 о СМ ео ОО I ^см 1 СОСО 1 1 1 1 о co co 88 1 "M” CO 1 О 1Г 1 1 1
0,31-0,4 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 § 1 1 1
Наименование грунтов и консистенция V/ оа V/ о ю О V/ V У/аз^ oaVV ОО to iPo’- §V/V У/CQttl <qVV oo V/ OJ V/ о CMO~ ®v/v/ V/ftjOi aaW V/g^- ©2° iQ О V/ 03 V/® у/ 03 V/<4 V svs O©d
Супеси Суглинки Глины | Супеси Суглинки I Суглинки,! 1 супеси 1 Глины
Происхождение • и возраст грунтов Аллювиаль- ные; делю- виальные; озерные; озер но-ал- лювиаль- ные Флювио- гляциаль- ные <L 2 tr s 0. c Юрские от- ложения Оксфорд- ского яруса
винажоию aHHhHidaaiaj^
43
ИЦА 10 7 расчет- ные 1 1 1 1 0,02 16 g О 1р СМ о 1 i 0,22 со
ТАБЛ град, 96’0 норма- | тнвные ' 1 1 1 1 0,08 18 0,19 17 со со О СО о ю
& к я X <о СО -0,95 расчет ные 1 1 1 1 0,04 17 О о со ю см с ю 0,40 j 1 1
глов внутреннего енции 0 В^. 1,0 юр нет ОСТИ 0,81- норма- тивные 1 1 1 1 0,28 18 0,41 17 0,94
фициепте i -0.3 расчет- ные 1 1 о съ ОО О О оо 0,19 17 СО со о со 1 1
см2, и у 1 консист при коэф| 0,71- норма- тивные 1 1 0,07 21 0,19 20 ! 0,34 i о сч оо О ОО 1 1 i
сцеплений С, кг/ лх отложений (пр? 1ТОВ С и ср -0,7 расчет- ные 1 с7 0,04 20 О О) О) о оо >—< 1 1 1 1
:тнкн грун 0,61- норма- тивные 0,06 23 О С1 CN 0,25 21 0,68 1 20 1 1 1 1 i
удельных твертичш Характерис -0,6 расчет- ные О ОО1 см 0,07 21 f 0g его 1 1 1 1 1 1 j
<У К 3- S X и £ S X я >> 0,51- норма- тивные 0,08 24 СМ О СО О1 0 50 22 1 1 1 1 1 1 I
:четные з 1ИСТЫХ гр -0,5 расчет- | ные 0,03 23 О гм OI 1 1 1 1 1 1 1 j 1 j
Нормативные и рас глиь 0,41- норма- тивные , 0,12 25 сч о см 1 1 1 1 1 1 1 1
Характе- ристика грунтов | 1 и э- Q э- о э- U Э- э- и e-
и ли/кн ость грунтов, на границе раскалыва- ния, % 9,5-12,4 12,5-15,4 15,5-18,4 18,5-22,4 22,5-26,4 с о 1Г г =
44
Исследования сжимаемости грунтов
в полевых условиях
Исследование сжимаемости грунтов в лаборатории не может
воспроизвести всех природных условий, где грунт не ограничивают
какие-либо стенки, где плотность его с глубиной возрастает и т. д.
Поэтому при строительстве особо ответственных сооружений лабо-
раторные исследования грунта дополняют испытанием его на сжи-
маемость в полевых условиях, которые моделируют местную на-
грузку с учетом возможного частичного бокового расширения
грунта.
При этом с помощью статической нагрузки можно опреде-
лить значение модуля деформации грунта Е и выявить осадку ис-
следуемого грунта под нагрузкой во времени.
В полевых условиях грунт испытывают непосредственно в шур-
фах, траншеях и котлованах на отметке заложения фундамента.
Для этого применяют квадратные жесткие штампы площадью
5000 еж2 (70,7 х 70,7) и 10 000 см2 (100 х
х 100), которые обычно изготовляются
из железобетона.
Разрез штампа показан на рис. 13. В на-
стоящее время для статических испытаний
применяется переносная автоматизирован-
ная установка с упором из анкерных вин-
товых свай, показанная на рис. 14 и 15.
Испытания грунтов на глубине более Зм
производятся в буровых скважинах. Уста-
новка для испытания грунта в буровой
скважине изображена на рис. 16.
Буровая обсадная труба 1 диаметром
не менее 325 мм опускается до намеченной
отметки испытания. На этой отметке уста-
навливается круглый штамп 2 площадью 600 см2, прикрепленный
к штанге 3. К хомуту 5 на верхнем конце штанги на четырех тяжах 7
подвешена деревянная платформа 6 для груза.
Чтобы обеспечить центральную передачу давления, верхний
конец штанги поддерживается направляющими брусьями 8, при-
крепленными к треноге буровой установки.
При испытаниях в шурфах или скважинах нагружение штампов
ведут ступенями, обычно по 0,5 кг!см2. При этом каждая ступень
нагрузки выдерживается до полной стабилизации осадки, т. е.
до тех пор, пока приращение осадки за каждые 2 ч будет менее
0,1 мм.
Осадки штампа замеряются с помощью прогибомеров, установ-
ленных на выносной рейке.
Запись величин осадок ведется в журнале наблюдений, затем
вычерчивается общий график зависимости осадки штампа от на-
грузки и график осадки в зависимости от времени на каждой сту-
пени нагрузки. Графики чертят на миллиметровой бумаге.
Рис 13 Разрез штампа
для испытаний грунта
статической нагрузкой
45
ооос оок
Рис 14 Схема автоматизированной установки с упором из винтовых
анкерных свай:
/ — штамп 2 — винтовые анкерные сваи 3 — гидравлический домкрат
4 — продольная упорная балка 5 — прорези для рычагов, 6 — опорные
катки 7 — упорные вкладыши
Рис 15 Общин вид усгановки
График статического испытания грунта в шурфе показан на
рис 17, где 1 — общая кривая осадки штампа от нагрузки Об уве-
личении осадок штампа при каждой ступени нагрузки можно судить
и по вертикальным отрезкам ломаной линии, нанесенной пунктиром
у кривой 1 Верхняя точка каждого отрезка соответствует отсчету
по приборам, взятому сразу после приложения нагрузки, а нижняя
точка — осадке после выдерживания ступени нагрузки.
Рис 16
Рис 16 Схема гплатформы для испытания грунта в буровои скважине
1 — буровая обсадная труба 2 — штамп 3 — ш ганга 4 — муфта 5 — хомут,
6 — платформа / — тяжи 8 — направляющие брусья
Рис 17 График полевого испытания грунта зависимость осадки от нагрузки
Из общего графика осадки видно, что в данном случае при на-
грузке 4,5 кг/смг осадка резко возрастает. При этом песчаный
грунт выпирает из-под штампа, а в глинистом вокруг штампа об-
разуются трещины.
Когда начнется резкое увеличение деформации, что соответ-
ствует' сдвигу частиц, испытание заканчивают и после стабилизации
осадки на последней нагрузке приступают к разгрузке платформы.
Модуль общей деформации грунта Ео определяют по формуле
(21)
где Ео — модуль деформации, кг/см~,
N — полная нагрузка от штампа на основание, кг, взятая
в пределах прямой пропорциональности графика,
47
d — диаметр круга, равновеликого площади штампа (для штампа
600 см2 d — 27,7 см, а для штампа 5000 см2 d — 79,8 см);
S — конечная осадка, соответствующая нагрузке, см;
р — коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуас-
сона).
Примеры определения модуля
общей деформации
Пример 3. Определить модуль общей деформации Ео мягко-
пластичного суглинка (см. пример 2) по данным испытания в ком-
прессионном приборе. Результаты испытаний приведены в табл. 11.
ТАБЛИЦА II
Давление^р, кг/см2 Коэффициент пористости Е Давление р, кг/см? Коэффициент пористости 8
0 0,74 2 0,732
0,5 0,738 3 0,726
1.0 0,736 4 0,722
1,5 0,734
Коэффициент сжимаемости в интервале 1—2 кг/см2 будет равен:
ej-e, 0,736-0,732 n . ,,
а = —--- = -—,-------= 0,004 см2 кг.
Рг~Р1 2-1
Модуль общей деформации определяется по формуле (19)
= 434-0,8 = 347 кг/см2.
Пример 4. Определить модуль общей деформации Ео супесчаного
грунта по результатам полевого испытания (см. рис. 17).
Из очертания кривой 1 видно, что определение Ео может быть
сделано в пределах давления до 2 кг/см1 (предел пропорциональ-
ности). Выписка из документации испытания представлена
в табл. 12.
ТАБЛИЦА 13
Зависимость между давлением на штамп и его осадками
Давление, кг! см2 Начальная осадка, мм Осадка после стабилизации штампа, мм Давление, кг/см1 Начальная осадка, мм Осадка после стабилизации штампа, мм
0,0 0 0 2,0 8,5 10,5
0,5 1,2 1,8 2,5 11,0 15,0
1,о 3,0 5,0 3,0 17,0 20,0
1,5 6,0 8,0
48
При давлении р = 2 кг/см? под штампом площадью F ~ 5000 см2
общая нагрузка на штамп будет равна N = pF = 2-5000 =
= 10 000 кг.
Диаметр круга, равновеликого по площади штампу, d — 79,8 см.
Осадка после стабилизации штампа под давлением 2 кг!смг
равна <$ = 10,5 мм — 1,05 см.
Коэффициент бокового расширения для супеси по данным
табл. 7 принимается равным р = 0,31.
Модуль общей деформации определим по формуле (21):
£о = (1~?) й=(1-0,ЗР) _J^g=107Ka/C^.
При вдавливании штампа под ним возникают восстанавливаю-
щиеся и остаточные осадки грунта.
Влияние повторных нагружений и разгрузок изображается на
графиках петлями гистерезиса. Пример такого графика показан
на рис. 18.
р-кг/см2
Рис. 18 График повторных нагру-
жений штампа
Рис. 19 Преобразованный график
нагружения штампа:
/ — прямая восстанавливающихся оса
док SB* 2 — кривая остаточных осадок
So> 3 — кривая полных осадок
График полных осадок штампа может быть преобразован и пред-
ставлен в виде трех кривых (рис. 19), из которых 1 соответствует
восстанавливающимся осадкам SB, 2 — остаточным Зо и 3 — пол-
ным S.
Ординаты кривой S равны сумме ординат кривых SB и So.
При нагружении штампа, установленного на поверхности грунта,
кроме осадок самого штампа, грунт оседает и за пределами штампа.
Но эти осадки в основном восстанавливающиеся.
49
Водопроницаемость грунтов.
Закон фильтрации
Основной закон движения свободной грунтовой воды впервые
установлен французским инженером А. Дарси в 1885 г. Формули-
ровка его такова: «Количество воды, фильтрующейся через грунт
в единицу времени^ прямо пропорционально площади поперечного
сечения и разности» напоров на рассматриваемом участке и обратно
пропорционально длине пути фильтрации».
Рассмотрим движение потока грунтовой воды через сечение ВС
(см. рис. 6). Выделим в этом сечении площадь F. Обозначим коли-
чество воды, протекающей через это сечение в единицу времени, к
через Q. Согласно рис. 6, горизонтальную проекцию пути движения
грунтового потока между рассматриваемыми точками А и В обо-
значим через L и превышение точки А над В — через Н.
Тогда по закону Дарси
Q = (22)
Падение грунтового потока характеризуется гидравлическим
уклоном Тогда Q можно представить в виде Q = KFL,
где К — коэффициент фильтрации, зависящий от степени водопро-
ницаемости грунта и имеющий размерность см/сек.
От точки А к точке В вода, просачиваясь через поры грунта,
движется по сложному извилистому пути. Но под скоростью филь-
трации q понимается не действительная скорость движения воды
Q гу
по извилистым путям, а отношение <?=^, где Q—количество
воды, проходящей в единицу времени через площадь F, под которой
в данном случае понимают все сечение (площадь пор и частиц).
Сопоставляя эту формулу с первоначальной, получим:
9 = ^=^ = К/. (23)
Наблюдающиеся в природе скорости движения грунтовой воды
даже в песчаных грунтах обычно незначительны, и чаще всего они
бывают в пределах одного или нескольких метров в сутки. Но в от-
дельных случаях, например, в крупнопесчаных и гравелистых
грунтах, коэффициент фильтрации может доходить до 100—
150 м/сут. Для глинистых грунтов скорости эти значительно
меньше, падая почти до нуля. Поэтому иногда говорят о водонепро-
ницаемости глинистого грунта. Но это неточно, поскольку абсо-
лютно водонепроницаемых грунтов в природе нет. х
Примерные значения коэффициента фильтрации различных
грунтов приведены в табл. 13.
Чтобы выразить коэффициенты фильтрации в см/год, можно
принять, что 1 см/сек — 3,15-Ю7 см/год; 1 см/сек равен 864 м/сут,
50
В глинистых грунтах на процесс фильтрации воды большое дей-
ствие оказывает наличие связанной воды, которая препятствует
движению свободной воды.
ТАБЛИЦА 13
Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации грунтов
Виды грунтов
Коэффициент
фильтрации
К., см/сек
Галечниковый и гравийный .........................
Крупный песок............................. . . . .
Средней крупности песок, иловатый грунт...........
Мелкий песок, торфянистый грунт . . . . >.........
Супесь............................................
Суглинок..........................................
Глина.............................................
10 10
IO”2 — 10'1
Ю3 — ю-s
IO4— 103
10“6-10“3
Ю-7—10-6
10-ю — Ю"?
Уравнение (23) для глинистых грунтов будет иметь вид:
<? = /<(/-/„), (23 а)
где /н — начальный напорный градиент, необходимый для преодо-
ления сопротивления связанной воды.
Таким образом, фильтрация воды в глинистых грунтах начнется
только в случае, когда напорный градиент / будет больше началь-
ного для данного грунта градиента
Под фундаментом фильтрация воды возникает, главным образом,
при действии напоров, вызываемых внешней нагрузкой. В этом слу-
чае величина напора равна высоте столба воды, вес которого со-
ответствует давлению р под фундаментом, и определяется по сле-
дующей формуле:
Я = £-. (24)
Сопротивление грунта сдвигу
Как известно из физики, сдвигу частиц сыпучего тела противо-
действуют силы трения и силы сцепления, направленные по каса-
тельной.к поверхности сдвига.
Известно также, что величина силы трения зависит от величины
нагрузки N нормальной к поверхности сдвига. Сила трения равна w
Nf, где f — коэффициент трения.
Коэффициент трения зависит от характера соприкасающихся
поверхностей и равен тангенсу угла трения <р, т. е.
z = tgy. (25)
Если сдвиг происходит внутри массива грунта, то угол <р на-
зывается соответственно углом внутреннего трения.
51
Завися от нагрузки Л\ величина силы трения не зависит от
площади соприкасающихся поверхностей. F, т. е. от площади сдвига.
Сила сцепления, наоборот, зависит от площади F и равна cF, где
с — удельное сцепление, т. е. сила сцепления на единице площади,
кг/См2. Величина с зависит от строения тела, в котором происходит
сдвиг п не зависит от нагрузки /V.
Таким образом, полное сопротивление Т грунта сдвигу выра-
жается суммой:
T^N tg®4-cF. (26)
Отнеся силу сопротивления сдвига к единице площади, по ко-
торой происходит сдвиг, получим удельное сопротивление сдвигу.
Рис. 20. Схема прибора для испытания образцов
грунта на срез:
1 — нормальная сила N\ 2 — касательная сила Т; 3 —
пластинки с шипами и отверстиями, 4 — шарнир, 5 —
образец грунта; 6 — индикатор, 7 — шариковые под-
шипники; 8 — каретка для сдвига
Для этого предыдущее выражение Т нужно разделить на F, т. е.
Т N
т = у=7' tg? + c = P tg'f 4-с,
(26а)
где р — давление, нормальное к поверхности сдвига, кг/см2-,
с — удельное сцепление, кг/см2.
Характеристики сдвига (рис определяются в лабораторных
условиях для образцов грунта в ненарушенном состоянии и при
естественной влажности.
Изучение явления сдвига производится в различных приборах,
схема которых показана на рис. 20.
Вертикальная нагрузка N выдерживается до прекращения де-
формации образца. Когда деформация прекратится, к нижней части
прибора прилагается постепенно возрастающая горизонтальная
сила Т. При определенном значении этой силы начнется перемеще-
ние нижней подвижной части прибора относительно неподвижной
верхней. Это и есть начало сдвига в грунте. Сдвигающая сила Т,
отнесенная к единице горизонтальной площади среза, в образце
52
дает касательное (сдвигающее) напряжение т, кг!см, а сила N,
отнесенная к той же площади, дает вертикальное сжимающее на-
пряжение в образце, т. е. давление р, кг/см2.
Далее опыт повторяется. Для давлений р2, р3, р 4 и т. доопреде-
ляются соответствующие касательные напряжения т2, т3, т4 и т. д.
Результаты исследования сопротивления грунта сдвигу оформ-
ляются в виде графиков (рис. 21), на которых по оси абсцисс отло-
жены давления р, кг/см2, обусловленные вертикальной нагруз-
кой N, и по ординатам —
величины соответствующих
напряжений т, кг!см2.
Полученные для песча-
ного грунта точки лежат
близко от прямой (см.
рис. 21), которая проходит
недалеко от начала коор-
динат, так как сцепление
песчаного грунта близко
к нулю. Угол наклона этой
прямой к горизонту и
дает значение угла внут-
реннего трения песчаного
грунта.
Угол внутреннего тре-
ния песчаных грунтов уве-
личивается с увеличением
их плотности и крупности
зерен. Пески, однородные
по гранулометрическому
составу, а также с окатан- а
ными зернами, имеют мень-
Рнс 21. Графики сдвига:
песчаного грунта; б — глинистого грунта
шие углы внутреннего трения и, следовательно, хуже сопротив-
ляются сдвигу, чем пески разнородного состава и с угловатыми
зернами.
Некоторое сцепление (зацепление) между частицами песка воз-
никает вследствие того, что частицы как бы цепляются друг за
друга своими неровностями и взаимно заклиниваются. Влияние
зацепления тем сильнее, чем больше плотность песка. Величина с
для песчаных грунтов называется параметром линейности.
Нормативные значения углов внутреннего трения и параметров
линейности песчаных грунтов приведены в табл. 8.
В глинистом грунте усредненная прямая ВС проходит значи-
тельно выше начала координат.
Каждую ординату этой прямой можно рассматривать как со-
стоящую из постоянной части ОВ, равной с, и переменной части
выше ОВ (например, В'С), равной р tg <р, где ц> — угол наклона
прямой ВС к горизонтали.
Из графика видно, что величину с можно рассматривать как
произведение некоторого начального нормального давления р0
53
(давление связности) на тангенс угла внутреннего трения, т. е.
с = ро tg ф Сцепление глинистых грунтов обусловливается силами
молекулярного притяжения и цементационными связями, кроме
того, могут действовать силы поверхностного натяжения воды,
частично заполняющей поры грунта. Нормативные и расчетные
значения углов внутреннего трения и удельного сцепления гли-
нистых грунтов даны в табл. 9.
Угол естественного откоса грунта
Рис 22 Сдвиг в массиве грунта
1 — сдвигаемая часть массива грунта 2 —
неподвижная часть массива грунта
Углом естественного откоса грунта называется наибольшее зна-
чение угла, который образует с горизонтальной плоскостью поверх-
ность грунта, отсыпанного без толчков, сотрясений и колебаний.
Угол естественного откоса зависит от сопротивления грунта
сдвигу. Для установления этой зависимости представим себе грун-
товое тело, рассеченное плос-
костью а •— а, наклоненной
к горизонту под углом а
(рис. 22).
Часть грунта выше плос-
кости а — а, рассматривае-
мая как единый массив, мо-
жет оставаться в покое или
прийти в движение под дей-
ствием силы Р — собствен-
ного веса и воздействия возве-
денного на нем сооружения.
Разложим Р на две силы: N = Р cos а, направленную нормально
к плоскости а — пи силу Т = Р sin а, параллельную плоскости
а — а. Сила Т стремится сдвинуть отсеченную часть, которая удер-
живается силами сцепле-
ния и трения в плоскости
а — а.
В состоянии предель-
ного равновесия, когда
сдвигающая сила уравно-
вешивается сопротивлени-
ем трения и сцепления,
но когда сдвига еще нет,
выполняется равенство 26,
т. е. Т = N tg ф + cF.
В глинистых грунтах
Рис 23 Схема прибора для определения угла
естественного откоса грунта
сдвигу в основном противодействует
сцепление.
В сухом песке сцепления почти нет и состояние предельного рав-
новесия характеризуется соотношением Т = N tg ф. Подставляя
значения N и Т, получим Р sm а = Р cos a tg ф или tg а'= tg ф
и а = <р, т. е. угол а соответствует углу внутреннего трения грунта ф
в состоянии предельного равновесия массива несвязного грунта.
54
Определение угла естественного откоса песка показано на
рис. 23. Угол естественного откоса песка определяют дважды —
для состояния естественной влажности и под водой. Для этого
в стеклянный прямоугольный сосуд насыпают
песчаный грунт, как показано на рис. 23, а. За-
тем сосуд наклоняют под углом не менее 45°
и осторожно возвращают в прежнее положение
(рис. 23, б). Далее определяется угол а между
образовавшимся откосом песчаного грунта и го-
ризонталью; о величине угла а можно судить
по отношению h • I, равному tg а.
В последние годы для определения характе-
ристик сопротивления грунтов сдвигу предложен
ряд новых методов: по данным испытания грунтов
в стабилометрах (см. рис. 11), по вдавливанию
шарикового штампа в грунт (рис. 24), аналогично
определению твердости по Бринеллю и др.
Испытание грунта методом шариковой пробы
(рис. 24) заключается в измерении осадки ша-
Рис 24 Схема при-
бора для опреде-
лений сцепления с
помощью шарико-
вой пробы
/ — образец грун-
та 2 — шариковый
штамп 3 — шток
4 — стопорный винт,
5 — груз 6 — индв
катор для измерения
деформаци 1 вдавли-
вания
рика S при действии на него постоянной на-
грузки р.
Значение эквивалентного сцепления грунта
определяется по следующей формуле’
18• <27>
где Р — полная нагрузка на грунт, кг;
D — диаметр шарика, см,
S — осадка шарика, см.
Рис. 25 Установка для полевых испытаний связных грунтов сфе-
рическим штампом по методу проф Цытовича
а — для твердых глинистых грунтов б — для слабых глинистых грунтов
и торфов, 1 — часть сферы d — 50 см 2 — гидравлический домкрат на 5 in
3 — упорная часть, 4 — грубка к гидравлическому насосу с редуктором
поддерживающим постоянное давление 5 — часть сферы d = 30 или 50 см
б — шток с грузовой площадкой, 7 — штатив тренога, 8 — индикатор
55
Величина сцепления сш учитывает не только силы сцепления
грунта, но и внутреннее трение.
Для определения удельного сцепления с значение с,„ умножается
на коэффициент К, который зависит от угла внутреннего трения
ip (град).
ТАБЛИЦА 14
Значения коэффициента К
Угол внутреннего трения ф, град. 0 10 20 30
Коэффициент К 1 0,61 0,26 0,12
В последние годы метод шариковой пробы стали применять в по-
левых условиях. В этом случае применяются полусферические
штампы размером до 1 м (рис. 25).
Характеристики сдвига ip и с называются прочностными п точ-
ность их определения имеет большое значение при расчете основа-
ний сооружений по прочности и устойчивости (см. § 18).
ГЛАВА III
ИССЛЕДОВАНИЕ ГРУНТОВЫХ УСЛОВИЙ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
§ 9. ПРОИЗВОДСТВО ПОЛЕВЫХ
РАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ
Объем изыскательских работ
Грунтовые условия строительной площадки исследуют для по-
лучения материалов, необходимых для составления проекта основа-
ний и фундаментов зданий и других сооружений, а также для ре-
шения вопросов о способах производства работ по устройству фун-
даментов.
Для решения поставленных задач необходимо выполнить ряд
изыскательских работ.
1. Составить топографический план строительной площадки
с нанесением горизонталей. Это необходимо для выбора планировоч-
ной отметки участка и определения способов удаления с участка
поверхностных вод. (Правила составления топографических планов
излагаются в геодезии.)
2. Собрать сведения о состоянии соседних сооружений. Эти све-
дения ценны для характеристики будущего основания и выбора
типа фундамента; используя их, можно сократить изыскательские
работы на строительной площадке.
3. Изучить грунтовые условия на строительной площадке.
Для этого нужно, во-первых, ознакомиться с архивными материа-
лами (отчетами и д)з.) по инженерно-геологическим изысканиям
района строительства и с результатами исследований, проводив-
шимися на соседних участках; во-вторых, следует провести гео-
логическую разведку на самой площадке (техника разведки опи-
сывается ниже).
4. Изучить гидрогеологические данные (режим грунтовых вод,
и особенно выяснить отметки наивысшего и наинизшего их уровня),
химический состав грунтовых вод для определения их влияния
на материал фундаментов (гидрогеологические данные выясняются
одновременно с изучением грунтовых условий).
57
5. Изучить физические характеристики грунтов оснований, не-
обходимые для определения расчетных давлений. Для определения
этих характеристик требуется лабораторное оборудование.
Полевое исследование грунтов, лежащих на глубине (разведка),
производится шурфованием и бурением. Эту работу может значи-
тельно облегчить предварительное изучение местных грунтовых
обнажений в естественных и искусственных выемках.
Количество шурфов и скважин определяется в зависимости от
размеров сооружения и сложности инженерно-геологических усло-
вий площадки.
Расстояние между выработками на стадии проектного задания
для сложных геологических условий принимается 50—30 м, а для
простых — 200—100 л<; на стадии технического проекта соответ-
ственно 30—20 и 50—30 м.
Шурфы обычно располагают за пределами здания, буровые же
скважины могут быть допущены и в пределах контура здания.
Глубина скважин принимается в зависимости от нагрузок от 4
до 20—25 м.
Шурфование
Шурфом называется выемка в земле для осмотра грунта и взятия
его образцов. Сечение шурфа по возможности должно быть мини-
мальным, насколько это позволяет производство работ. Практи-
чески шурфы бывают круглого сечения — «дудки» (диаметром
0,65—1 м) и прямоугольного сечения (не менее 1 х 1,2 м).
Рис. 26. Общий вид и развертка шурфа:
/, 2, 3 и 4 — напластования грунта
Общий вид шурфа показан на рис. 26, а, развертка шурфа с обо-
значением напластований на четырех его стенках — на рис. 26, б.
При большом объеме работ для отрывки шурфов следует при-
менять специальные шурфокопальные машины ШКМ-1, смонтиро-
ванные на шасси автомобиля ГАЗ-51 (рис. 27).
Эта самоходная машина обслуживается тремя рабочими. Она
может выкопать шурф диаметром 65—80 см на глубину до 10 м. Про-
изводительность машины в четыре раза выше, чем при ручной ра-
боте; соответственно снижается и себестоимость работ.
58
Для засыпки шурфа после взятия грунтовых проб машина имеет
так называемое засыпное устройство.
В плотных грунтах можно обойтись без крепления стенок шурфа;
в слабых, которые не держат вертикального откоса, необхо-
димо крепить стенки и выполнять требования техники безопас-
ности при производстве земляных работ и выемке образцов грунта.
Рис. 27. Шурфокопальная машина ШКМ-l в рабочем положе-
нии:
/ — домкраты; 2 — бурильная штанга; 3 — бур; 4 — лемех и;
5 — сетка для засыпки шурфов
Особенно нужны крепления в песчаном грунте; в противном случае
шурф может йнезапно обвалиться.
Шурфы без особого затруднения можно углубить до уровня
грунтовых вод. В грунтовой воде выемка грунта сложнее, а также
нарушается природная структура грунта и шурфование рекомен-
дуется заменять бурением.
Бурение
Буровые разведочные скважины — это отверстия малого диа-
метра _глубиной более 5 м.
Для устройства скважин применяются буровые машины ста-
ционарного действия или смонтированные на авто- или гусеничном
ходу, а также установки ручного ударно-вращательного бурения.
Буровая установка показана на рис. 28. Здесь кроме общего
вида установки (рис. 28, а) показаны: обсадная труба / (рис. 28, б);
штанга 2 с наконечником — буровой ложкой 3 для проходки сква-
жины в мягких грунтах и желонкой 4, применяемой в водоносных
песках. В скальных грунтах применяется долото.
59
На рис 29 показан образец записи результатов бурения — так
называемая «полевая колонка скважины» Применяются и более
упрощенные формы записей, в которых столбцы 6,7 и 8 отсутствуют.
Особые затруднения при бурении создает грунтовая вода
При смене водоносного грунта водоупором нужно обязательно
перекрывать водоносный горизонт обсадной трубой, погружаемой
в водоупор, после этого вода из скважины удаляется и можно вести
дальнейшую проходку буровым комплектом меньшего диаметра.
Рис 28 Буровая установка и детали
а — общин вид установки б — детали / — обсадная труба 2 — штанга
3 — буровая ложка 4 — желонка 5 — хомут 6 — фарштуль 7 — кольцо
штанги
Обычный диаметр скважин разведочного бурения — 100—325 мм.
При ударно-вращательном бурении для отбора образцов нена-
рушенной структуры применяются особые наконечники, так назы-
ваемые грунтоносы (рис. 30) Эго пустотелые цилиндры, в которые
при бурении набирается грунт ненарушенной структуры, и в та-
ком же ненарушенном состоянии извлекается наружу Особенно
эю важно для получения образцов песчаного грунта.
Ручное ударно-вращательное бурение — трудоемкая и дорогая
работа. Так, для проходки вручную скважины глубиной 10 м в грун-
тах средней плотности 3—4 рабочим обычно требуется 1,0—
1,5 смены.
60
Механизация бурения значительно облегчает и ускоряет весь
процесс. Наиболее современным является бурение с использованием
вибратора для погружения бура в грунт и его подъема.
Сущность вибробурения состоит в следующем На штанге, окан-
чивающейся рабочим наконечником — зондом или на самом нако-
нечнике укрепляется вибропогружатель или вибратор, дающий до
2500 об/мин. При работе вибратора происходит сотрясение бурового
снаряда, передающееся грунту В результате в грунте резко умень-
шается сопротивление сдвигу, и буровой снаряд с вибратором легко
погружаются в грунт.
Когда требуемая глубина снаряда достигнута, его поднимают,
записывают пройденную глубину и отбирают образцы грунта. С по-
мощью специального зонда из естественных напластований грунта
вырезают керн, т. е. цилиндрический образец, дающий наглядное
61
Рис. 30. Тонкостенный
грунтонос с гидравли-
ческим вдавливающим ус-
тройством системы Фун-
даментпроект:
/ — башмак; 2 — керно-
приемный стакан; 3 — тонко-
стенная гильза; 4,6 — шари-
ковые клапаны для выхода
воздуха при отборе проб
грунта; 5 — поршень
62
представление о геологическом строении
проходимых грунтов. Для мелких сква-
жин целесообразно применять наконеч-
ник длиной, равной глубине скважины.
Это дает возможность сразу получить
полный геологический разрез всей сква-
жины.
Общий вид вибробуровой установки,
смонтированной на автокране грузоподъ-
емностью 3 т, показан на рис. 31.
Обычная глубина проходки скважин
виброметодом — до 25 м, диаметр от 7,4
до 20 см.
В качестве вибропогружателей приме-
няются вибромолоты ВМГ-5 весом в НО кг
с электродвигателем мощностью 1,7 кет
или вибраторы ВТ-9 весом 450 кг с элек-
тродвигателем мощностью 7,5 кет. Для
переносных вибраторов внедряются более
легкие вибромолоты В-33 весом 70 кг
с двумя электродвигателями по 1 кет.
Зонды для бурения делаются длиной
до 3 м.
Для бурения в водоносных песках при-
меняют обсадные трубы, погружаемые
в грунт с помощью вибраторов.
Кроме установок на автокране, име-
ются установки с легкой металлической
буровой вышкой, смонтированной на ав-
томашине ГАЗ-63, и переносным вибро-
погружателем (рйС. 32).
При вибрационном способе бурения
производительность труда повышается
в 3 раза и удешевляется проходка сква-
жин в 1,5 раза.
§ 10. ОТБОР И ОПИСАНИЕ ОБРАЗЦОВ
ГРУНТА И ВОДЫ
Отбор образцов
Образцы грунта желательно отбирать
в шурфе в ненарушенном состоянии.
Образцы берут в металлические от-
крытые цилиндры диаметром около 10 см
с режущим краем, чтобы облегчить погру-
жение цилиндра в грунт.
Рис. 31. Вибробуровая установка:
/ — вибромолот; 2 — направляющая стрела; 3 — штанга
Рис. 32. Общий вид виброагрегата с треногой:
1 — обсадная труба; 2 — вибратор; 3 — двигатель; 4 — штанга
диаметром 42 мм\ 5 — генератор; 6 — шкив; 7 — ручной тормоз;
S — барабан лебедки; 9 — рабочий наконечник (стакан)
После наполнения грунтом цилиндр откапывают, обе открытые
его торцовые поверхности изолируют водонепроницаемым материа-
лом (воском, парафином и др.) и закрывают деревянными крышками.
Если таких цилиндров нет, то образцы сухого или слабо влаж-
ного грунта в нарушенном состоянии укладывают в мешочек из плот-
ной материн. Однако в этом случае нельзя определить объемный
вес грунта.
Образцы разжиженного грунта укладывают в стеклянные банки
с притертыми пробками
Пробы грунтовой воды берут в бутылки, которые плотно за-
крываются.
Все образцы грунта и воды в цилиндрах, мешочках, банках,
бутылках посылают в лабораторию с препроводительными запис-
ками, где указываются время и место взятия образцов.
Образцы грунта, извлеченные из скважин, имеют нарушенную
структуру. Кроме того, могут быть случаи, когда во взятый образец
попадают разнородные грунты с разных глубин. Поэтому более
точные результаты дает шурфование, предоставляющее возможность
осматривать и брать образцы открытого грунта. Исследовать об-
разцы грунтов нужно сразу же после извлечения их, иначе они
могут измениться, особенно при высыхании. Если этим пренебречь,
исказится цвет грунта и изменится его плотность.
Описание образцов
При описании образца грунта сначала нужно указать его род
(песок, глина, известняк и т. д.), затем цвет и влажность, зер-
нистость и плотность для песков, включения и прослойки. Следует
указать также, изменился ли цвет образцов при высыхании.
Род грунта в полевых условиях определяется на ощупь при
растирании Так, глинистые грунты в естественном состоянии (не вы-
сохшие) мягкие, тогда как в супесчаных чувствуется жесткость
песчаных зерен.
У грунтов имеются и другие отличительные признаки. Так, гли-
нистые пластичные грунты при раскатывании дают длинный жгут;
суглинки менее пластичны, они крошатся и дают непрочный жгут;
супесчаный грунт не дает жгута и рассыпается.
На цвет породы влияют примеси. Перегнойные вещества при-
дают грунту черный цвет, а если их немного — то серый; окись
железа имеет красную и ржавую окраску, известь — белую или
белесоватую. Таким образом, цвет грунта дает предварительное
представление о наличии в нем примесей.
Влажность при полевом описании определяется на глаз. Грунт
может быть сухой, маловлажный, очень влажный и насыщенный
водой. В последнем случае грунт снимается с наконечника бура
в текучем состоянии.
По плотности образцы глинистого грунта на ощупь подразде-
ляются на твердые и пластичные.
64
О природной плотности песчаного грунта можно судить не по на-
рушенному состоянию образца, а по косвенным признакам, которые
проявляются в процессе разработки шурфа или во время бурения.
Чем плотнее грунт, тем труднее он разрабатывается.
а)
В)
Рис 33 Приборы и приспособления полевой грунтовой лабо-
ратории системы И М Литвинова (Ю?КНИИ)‘
а — основной комплект, б — компрессионная часть, в — прибор
для испытания грунтов на сдвиг в раскрытом и закрытом виде
Наименования грунтов следует дополнять геологическими ха-
рактеристиками (например, аллювиальные, делювиальные и др.).
3 Зак из 65
В зависимости от способа отбора образцов, времени хранения их
в лаборатории, качества упаковки и т. д., строение и влажность
образцов могут в известной степени нарушиться.
Рис. 34. Схема работы прибором
при отборе монолитов грунта:
1 — прибор для отбора монолита
грунта; 2 — винтовой закреп, 3 —
рычаг
Полевая лаборатория системы проф. И. М. Литвинова позволяет
производить ускоренные испытания строительных свойств грунтов
в полевых условиях или на строительной площадке.
Рис. 35. Схема установки компрессионного прибора:
1 — основная часть прибора: 2 — зажимное устройство; 3 — штатив с во-
ронкой, 4 — рычажная система, 5 — подвески к рычагу; 6 — гири, 7 —
индикатор
Эта лаборатория весом 27,5 кг собрана в четырех футлярах
и переносить ее может один человек.
Приборы размещены в футлярах с таким расчетом, чтобы в каж-
дом футляре находились все приборы, необходимые для опреде-
ленных исследований.
66
I
С помощью лаборатории можно производить отбор и высушива-
ние образцов грунта, определять его физико-механические характе-
ристики, испытывать грунты на сдвиг и на компрессию.
Полевая лаборатория И. М. Литвинова позволяет ускорить
исследования грунтов в 15—20 раз по сравнению с обычными лабо-
раторными испытаниями.
На рис. 33 показан общий вид комплекта лаборатории; на рис. 34
приведена схема работы прибора при отборе монолитов образцов,
на рис. 35 изображена схема установки компрессионного прибора
из комплекта.
§ 11. НОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГРУНТОВ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
Определение плотности и влажности грунта
просвечиванием гамма-лучами
установки для просвечивания грунта
грунт, в котором предварительно про-
Рис. 36. Схема просвечивания грунта гамма-
лучами:
/ — манипулятор. 2 — обсадная труба; 3 — изо-
топ; 4 —к гаммасчетчпк, 5 — к регистратору им-
пульсов
Определение плотности грунта в условиях естественного залега-
ния может быть сделано без рытья шурфов, «просвечиванием» грунта
гамма-лучами радиоактивных изотопов, например изотопа кобальта
Со-60
Принципиальная схема
представлена на рис. 36. В
буриваются скважины,
входят две вертикальные
трубы. В одну из труб
опускают рабочий контей-
нер с источником радиоак-
тивного излучения (кобаль-
товая проволочка). В дру-
гую трубу помещают счет-
чик гамма-квантов, кото-
рый регистрирует интен-
сивность радиации. Эта
радиация зависит от по-
глощающей способности
просвечиваемого грунта и
от расстояния между тру-
бами.
Поглощающая способ-
ность грунта зависит от
его плотности, выражен-
ной объемным весом у0.
Зная расстояние L в свету
между трубами (обычно оно принимается равным 0,5 м) и интенсив-
ность излучений в грунте и на воздухе, можно найти объемный
вес грунта по следующей формуле:
fo=l,15lg^,
(28)
3’
67
где Ir — интенсивность излучения на воздухе, имп/мин;
/3 — интенсивность излучения в грунте, имп/мин
Интенсивность излучения определяют с учетом поправок на фон
космического излучения и на так называемое «мертвое время» ра-
диометрической аппаратуры.
Для быстрого определения объемного веса грунта в условиях
естественного залегания С. И. Носаль, Д. Е. Полыпин и И. И. Чер-
касов разработали конструкцию радиометрического зонда. С его
помощью осуществляется проходка скважин на глубину до 1,6 м.
В скважины помещаются стальные трубы диаметром 40 мм, которые
герметически закрываются снизу коническими наконечниками.
Радиоактивный изотоп кобальта активностью 5—10 милли-кюри
находится в рабочем контейнере в виде стального цилиндрика. Рабо-
чий контейнер вводится в одну из труб стержнем-манипулятором.
Счетчик допускает счет импульсов в пределах от 10 до
100 000 имп/мин (например, счетчики ПС-64, А. И. Данилина или
Л. Н. Кораблева).
В перерывах между опытами для предохранения обслуживаю-
щего персонала рабочий контейнер хранится в основном контейнере
со свинцовой защитой толщиной не менее 50 мм.
В грунтах средней плотности проходка скважин глубиной 1,5 м
и проведение измерений на 14 горизонтах занимает около 2 ч. Точ-
ность определения объемного веса грунта составляет около 1%.
Определение плотности грунтов
методом зондирования (пенетрация)
Определение плотности грунтов в их естественном залегании
способом зондирования производится путем установления вдавли-
вающего усилия, необходимого для погружения зонда Зонд пред-
ставляет собой металлическую штангу, которая наращивается по
мере погружения. На конце штанги имеется наконечник в виде
конуса диаметром от 33 до 77 мм.
В зависимости от характера нагрузки, применяемой при по-
гружении зонда, зондирование может быть динамическим и стати-
ческим.
При динамическом зондировании погружение зонда происходит
под действием ударов падающего с определенной высоты груза.
Характеристикой плотности и прочности грунта является число
ударов, необходимое для погружения зонда на определенную
глубину.
При статическом зондировании зонд погружают путем вдавли-
вания. Усилие, необходимое для вдавливания на определенную
глубину, характеризует плотность грунта.
В настоящее время разработаны самоходные зондирующие уста-
новки, позволяющие вести исследования на глубину 20—30 м.
На рис 37—38 показаны установки статического зондирования,
которые применяются в настоящее время на практике.
68
Рис. 38 Установка IV-117 на базе авто-
мобиля ЗИЛ-157
Рис 37 Установка УЗК-З
Z — опорная рама, 2 — насосная стан-
ция, 3 — направляющие стойки. 4 —
гидравлический домкрат, 5 — измери-
тельная давильная головка, 6 — зонд,
7 — поперечные траверсы, 8 — анкер-
ные винтовые сваи, 9 — конус
Рис 39 Схема прибо-
ра для лопастного ис-
пытания связных грун-
тов на сдвиг в полевых
условиях
а — разрез по лопастной
крыльчатке, б — разрез
по обсадной трубе и ме
ханнзму вращательного
среза
I'
Рис. 40 Общий вид установки:
/ — опорная плита 2 — поворотные рычаги 3 — внут-
ренние трубы, 4 — поворотная тумба 5 — внешние трубы,
6 — прибор с выдвижными лопастями 7 — лопасть,
8 — щечка 9 — стальной хомут, 10 — ручка для ново
рота внутренних труб 11 — муфта для присоединения
ручек, 12 — анкерная свайка с блочком 13 — свайка
для крепления индикатора, 14 — плечо для упора ипдп
катера, 15 — трос, 16 — ручная таль, 17 — нога треноги,
18 — индикатор, 19 — динамометр, 20 — транспортер,
21 — цапфа опорного колесика
' 'f Лопастные испытания на сдвиг
Для определения сопротивления грунтов сдвигу в полевых усло-
виях в настоящее время применяются специальные лопастные при-
боры, или, как их называют, крыльчатки. Эти приборы состоят из че-
тырех металлических лопастей, соединенных крестообразно (рис. 39)
При испытании лопастная крыльчатка вдавливается в забой сква-
жины, а затем путем вращения штанги производится срез грунта
по цилиндрической поверхности высотой h и диаметром d. Макси-
мальное усилие среза определяется с помощью динамометра.
Этот способ применяется при определении сопротивления сдвигу
глинистых грунтов.
На рис. 40 показана схема установки, которая позволяет опре-
делить одновременно модуль деформации грунта и его сопротивле-
ние сдвигу.
§ 12. РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ПЛОЩАДКИ
В отчете об исследовании грунтов должна быть дана характе-
ристика грунтовых условий строительной площадки с показанием
геологических разрезов, напластований и отметок грунтовых вод
Рис 41 План расположения построек, скважин и шурфов с показа-
нием рельефа местности в горизонталях через 0,5 м и геологический
разрез по I—I
х — шурфы, о — скважины 1 — крупный песок 2 — глина 3 — сугли
иск, 4 — мелкий песок
71
На рис. 41, а представлен план участка с горизонталями.
На участке показано расположение зданий и пунктов геологической
разведки шурфованием и бурением.
На рис. 41, б изображен геологический разрез, сделанный по
линии /—/. На разрезе виден рельеф поверхности участка и гео-
логические напластования по данным шести буровых скважин.
Уровень грунтовой воды показан на отметке 26,0.
На разрезе нанесены также фундаменты зданий. Эго позволяет
судить об условиях возведения фундаментов в зависимости от уровня
грунтовой воды. Как видно из рисунка, лишь подошва фундамента
корпуса № 2 подходит к уровню грунтовой воды. Подобные разрезы
дают проектировщикам и строителям представление об условиях,
в которых будет находиться фундамент сооружения.
По материалам изысканий в техническом заключении должна
быть дана оценка грунтовых условий строительной площадки; уста-
новлены физико-механические свойства грунтов; рекомендованы
отметки заложения фундаментов; оценена прочность и сжимае-
мость грунтов, а также возрастание осадок во времени. Кроме того,
должны быть намечены мероприятия по борьбе с грунтовыми водами,
способы улучшения строительных свойств грунтов и т. д.
ГЛАВА IV
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СООРУЖЕНИЯ
И ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ
§ 13. ДАВЛЕНИЕ ОТ СОБСТВЕННОГО
ВЕСА ГРУНТА
Давление на горизонтальную плоскость
Вертикальное давление, возникающее в грунтовом массиве от
собственного веса грунта, называется обычно природным давлением.
Это давление характеризует напряженное состояние грунта доначала
строительства, т. е. до передачи на него нагрузки от веса сооруже-
ния. Величина природного давления зависит от объемного веса
грунта и глубины рассматриваемой горизонтальной плоскости.
Вертикальное давление грунта в кг/см2 или т/м2* на горизон-
тальную плрскость на глубине Н от поверхности Земли будет равно
(рис. 42, а)
РпР = То^. (29)
где у0 — объемный вес грунта, т/м3.
В случае напластований грунта с разными объемными весами
полное вертикальное давление определяется путем сложения дав-
лений отдельных слоев.
В слоях, расположенных ниже уровня грунтовых вод, объемный
вес для всех водопроницаемых грунтов принимается уменьшенным
за счет взвешивающего действия воды.
В соответствии с законом Архимеда объемный вес вычисляется
по формуле (5), т. е.
Твзв==('ГЧ — Тв) (1 —
где уч — удельный вес частиц грунта, т/м3\
п — пористость грунта, выражаемая в долях единицы;
в — коэффициент пористости.
* Переход от одной размерности (кг/см2 )к другой (m/лг2) производится по соот-
ношению 1 кг/см2 = 10 т/м2.
73
В этом случае давление на глубине Н (рис. 42, б) будет равно
Рпр == 1взв^2‘ (30)
При наличии слоя водонепроницаемого грунта, который является
водоупором, давление на его кровле будет складываться из давления
грунта и давления воды. При этом учитывается взвешивание грунта,
находящегося ниже уровня воды (рис. 42, в).
Рпр = 7оЯ1 +7взв^2 72^2* (31)
В этом случае на эпюре природного давления появляется ступень,
Рис 42 Эпюры природного давления:
а — однородный грунт, б — то же, прн наличии
грунтовой воды в — два разных слоя грунта при
наличии грунтовой воды
величина которой равна
давлению воды.
Следует отметить,
что для грунтов, нахо-
дящихся ниже уровня
грунтовых вод, необхо-
димо учитывать взвеши-
вающее действие воды
на этот слой.
Если водонепрони-
цаемый слой состоит из
скалы или твердых гли-
нистых грунтов, то взве-
шивающее действие
воды не учитывается.
Пример 5. Опреде-
лить вертикальное дав-
ление песка, насыщен-
ного водой, на глубине
Я = 4 м от поверх-
ности Земли, если уро-
вень грунтовых вод
находится на глубине
Hi = 1 м от этой поверх-
ности (рис. 42, б). Удель-
ный вес частиц грунта
уч = 2,66 m/л3; объемный вес грунта, находящегося выше уровня
воды, у о = 1.8 т/м3-, пористость п — 0,35.
Решение. Объемный вес взвешенного грунта определяется по
формуле (5)
7взв = (7ч—Тв)-(1 —п) = (2,66—1) (1—0,35) = 1,08 т/м3.
Вертикальное давление грунта и воды на заданной глубине опре-
деляется по формуле (30)
Рпр = 7оЯ14-УвзвЯ2= 1,8-1 + 1,08-3 = 5,04 т/м2.
Пример 6. Построить эпюру природного давления для геологи-
ческого разреза, показанного на рис. 42. в, имеющего два
слоя:
74
1) слой песка мощностью + Н2 = 3 м, удельный вес уч
= 2,65 т/м3, объемный вес у0 = 1,8 т/м?, пористость п = 0,35,
Твзв = 1,08 т/м3 (из примера 5);
2) слой глины в твердом состоянии мощносгью Hs= 1,5 м,
удельный вес уЧ2 = 2,7 т/м3, объемный вес уОг = 1,9 т/м3.
Уровень грунтовых вод проходит на глубине Иг = 1 м от поверх-
ности, слой глины является водоупором.
Решение.
Вычисляем значения природных давлений.
1. В точке 1 на глубине 1 м по формуле (29):
рп₽1 = 70Л1 = 1,81 = 1,8 т/м2.
2. В точке 2 по нижней границе слоя песка по формуле (30):
рПр2 = 4-7ВЗВ/У = 1,8 + 1,08 • 2 = 3,96 т/м2.
3. В точке 2 на кровле слоя глины с учетом давления воды:
Рпр1=РпР1 + ТвЛгг = 3,96+ 1 -2 = 5,96 т/м2.
4. В точке 3 на границе слоя глины:
РпРа = РпГг 4-70,Я3 = 5,964-1,9- 1 =7,86 т/м2.
Для построения эпюры природного давления откладываем
ординаты, соответствующие вычисленным значениям, и соединяем
их концы прямыми линиями.
Эпюра природного давления показывает изменение давления
от собственного веса грунта по глубине.
Давление грунта на ограждение *
Подпорная стена или другое ограждение, поддерживающее грунт
от обрушения (рис. 43, а), испытывает давление этого грунта, кото-
рое в каждой точке зависит от перемещения А ограждения. Пример-
ный график этой зависимости показан на рис. 43, б (пунктирная
линия). Для упрощения этот график заменяется ломаной подобно
тому, как это делается для твердых упруго-пластических тел
(сплошная линия на рис. 43, б).
Давление qo, оказываемое грунтом при отсутствии перемещения,
называется давлением состояния покоя или геостатическим давле-
нием. Давление, возникающее при некотором перемещении стены
в сторону от грунта, называется активным давлением или напором
грунта. Сопротивление, оказываемое грунтом при перемещении
стены в его сторону под влиянием какого-либо внешнего усилия,
называется пассивным давлением или отпором грунта.
Предельные значения активного и пассивного давлений обозна-
чены на графике рис. 43, б соответственно через <?а и qn.
* Более подробно этот вопрос изложен в книге Г. К. Клейна «Расчет под-
порных стен» Изд во «Высшая школа», 1964.
75
Для определения этих предельных давлений грунта, на которые
обычно и рассчитываются ограждения, в большинстве случаев
пользуются приближенной теорией Кулона
Эта теория основана на допущении, что в обоих предельных
состояниях в грунте возникает сплошная поверхность скольжения,
Рис. 43 Давление грунта на подпорную стенку
а — схема перемещения подпорной стенки б — график зависимости силы
давления на подпорную стенку от величины ее перемещения
которая для упрощения заменяется плоскостью В качестве второй
плоскости скольжения принимается сама задняя грань стены,
а призма грунта, заключенная между двумя плоскостями сколь-
на подпорную стенку:
треугольник сил
Рис 44 Схема давления грунта
а — призма обрушения, б —
жения, рассматривается в состоянии предельного равновесия при
действии на нее трех сил — собственного веса G, силы реакции
стены Q и силы реакции R грунта, находящегося за плоскостью
скольжения (рис 44, а) При этом силы Q и R отклоняются от нор-
малей к соответствующим плоскостям скольжения на углы 6 и <р,
которые являются углом трения грунта по задней грани стены
и углом внутреннего трения грунта Расчетное значение угла 6
принимается в пределах от 0 до <р.
76
Находящиеся в равновесии силы G, Q и R образуют треуголь-
ник, показанный на рис 44, б Углы этого треугольника в случае
активного давления выражаются так 1) чр = 90° — а — 6, 2) 6 — ф,
3) 180° — чр — 6 + ф Здесь 6 — угол наклона плоскости скольже-
ния к горизонту, который оказывается больше, чем угол ф
Проектируя все силы на ось н, перпендикулярную к силе /?,
получим такое уравнение равновесия:
У, и — — G sin (0 — fQ sin (ф + 0 — fj = 0,
отсюда
Г (32)
г Sin ('у + в — tp) '
Неизвестный угол 6, от которого зависит и вес G призмы сколь-
жения, принимается таким, чтобы предельное активное давление
Рис 45 Давление грунта
а — на вертикальную гладкую стену при горизонтальной поверхности
Земли, б — на наклонную неладную стенку
оказалось наибольшим Для этого производная предыдущего выра-
жения по углу 6 должна быть равна нулю, т. е.
^ = 0. (33)
Для случая, когда поверхность засыпки плоская, из уравнений
(32) и (33) получается такая формула для силы давления грунта
на заднюю грань стеньг
. <2=^4, (34)
где
х. =----- ,х-Г,(Г?,т---------------- <35>
1 + 1/ «п(т+а)чп(Т-й cc6,Jcos(a+4
У COS (а + 6) COS (а — р) I
где а — угол наклона задней грани стены к вертикали,
Р — угол наклона плоской поверхности грунта к гори-
зонту.
77
Для наиболее распространенного частного случая, когда стена
вертикальная (а = 0), абсолютно гладкая (6 = 0), а поверхность
горизонтальная (р = 0) (рис. 45), формула (34) может быть упро-
щена, т. е.
X. = tE«(45°-X)=l^. (36)
При этом
6 = 45°+|.
По высоте стены давление принимается распределенным по за-
кону треугольника (рис. 45) и на глубине z составляет:
Рис. 46. Давление грунта на стену:
а — активное и пассивное давление грунта на ограждение; б — при на-
личии равномерной nai рузкп на поверхности Земли
Наибольшее давление
z = Н и составляет:
действует у основания стены, т. е.
при

(38)
Сила давления равна площади треугольной эпюры давлений,
показанной на рис. 45, б, и выражается

(39)
Эта сила приложена на уровне центра тяжести треугольной эпюры
давлений, т. е. на высоту
Если на поверхности грунта приложена равномерная нагрузка
интенсивностью р т/м, то дополнительное активное давление, пере-
дающееся через грунт от этой нагрузки, будет постоянным по всей
высоте стены и равным (рис. 4G, а)
90 = РК-
(40)
78
В этом случае полная эпюра давления на стену от грунта и нагрузки
имеет форму трапеции, а полная сила давления составляет
<2 = М/('^ + р). (41)
Давления, полученные по формулам (37), (38) и (40), называются
«условными», так как они отнесены к вертикальной проекции стены.
Для получения истинных давлений на саму наклонную грань
условные давления нужно умножить на cos а.
При возникновении предельного пассивного давления силы тре-
ния направлены в противоположную сторону по сравнению с тем,
как они действуют при активном давлении, поэтому углы трения 6
и Ф в формулах (32) и (35) должны быть взяты со знаком минус.
Однако основное допущение теории Кулона о замене поверх-
ности скольжения плоскостью, при определении пассивного давле-
ния, уже оказывается в общем случае недопустимым и оправды-
вается только для частного случая вертикальной гладкой стены
при горизонтальной поверхности засыпки. При этом в формулы (34),
(37), (38), (40) и (41) вместо Ха по формуле (36) войдет следующая
величина
*n = tg»(45"+i) = }±>?. (42)
По высоте стены пассивное давление, так же как и активное,
распределено по линейному закону.
При наличии воды в грунте приходится учитывать потерю веса
грунта в результате взвешивания его водой.
Активное и пассивное давление насыщенного водой грунта
на ограждение определяется как сумма давлений взвешенного
в воде грунта (эффективное давление) и воды (нейтральное дав-
ление).
Формулы (32) и (35), основанные па теории Кулона, оказываются
недостаточно точными не только при определении пассивного дав-
ления, но также и при определении активного давления на пологую
стену, задняя грань которой уже не является плоскостью сколь-
жения. Неудовлетворительные результаты получаются и при опре-
делении давления на нижний участок ломаной задней грани степы
независимо от сил, действующих на верхний участок.
Более точные результаты во всех случаях дает теория В. В. Соко-
ловского, основанная на допущении, что при незначительном пере-
мещении подпорной стены некоторая область грунта, ограниченная
объемлющей поверхностью скольжения, целиком приходит в пре-
дельное напряженное состояние, при котором во всех точках вы-
полняется условие
(°z — Ох)2 + = sin2 'Р (аг 4- Cv 4- 2с etg ср)2,
где сгг, оЛ- и тгл- — составляющие напряжения в каждой точке.
Пример 7. Определить активное давление мелкого песчаного
грунта на 1 м вертикального ограждения высотой И = 3 м
79

(рис. 46, б). Расчетные характеристики грунта- у0 — 1,8 м/т3,
<р = 30°. Угол 6 принимается равным нулю.
Решение.
Подставляя расчетные величины И, уо, <р и 6 в формулы (34)
и (36), получим:
Q = tg2 (45°- ^=-4^tg2 (45°-^) = 2,7 т/м.
При определении расчетного активного давления грунта вво-
дится еще коэффициент перегрузки п — 1,2.
Точка приложения этой силы находится на высоте Н/3 = 1 м
от низа ограждения. Наибольшая интенсивность активного давле-
ния в нижней точке ограждения находится по формуле (38),
<? = -ro//tg2(45°—-2-) = 1,8 3tg230° = l,8 т/м2.
Пример 8. Определить пассивное сопротивление грунта на 1 м
ограждения высотой Н2 = 1 м при перемещении ограждения влево.
Характеристики грунта те же, что в предыдущем примере.
Решение.
Исходя из формулы (42), получим:
QI.-^tg2(45° + |^b^tg2603 = 2,7 т/м.
В этом случае вводится коэффициент перегрузки п = 0,9.
Точка приложения пассивного давления находится на высоте
Н/3 = 0,33 м от низа ограждения.
Наибольшая интенсивность пассивного давления в нижней
точке ограждения, т. е на глубине 1 м, т. е.:
qn = ТоН2 tg2 ^45° + ^ = 1,8 1,0 tg2 60° = 5,4 т/м2.
При одинаковой высоте ограждения Н = Н, пассивное давление
грунта будет в несколько раз больше активного.
Пример 9. Определить активное давление грунта на 1 м длины
наклонной подпорной стены, показанной па рис. 47. Высота стены
Н — 4 м, угол наклона стены к вертикали а = 10°, угол внутреннего
трения грунта <р = 30°, угол трения грунта о стену б = 15°, объем-
ный вес грунта уо — 1,8 т/м3, поверхность грунта горизонталь-
ная (Р = 0).
Решение.
По формуле (35) для расчетных значений <р= 30°, б = 0 и а =20°
находим
_ ________cos2 (30° — IQP)__________
I 1 + 1/"sin (3QP + 15°) sin 30° Т cos2 10° cos(10°+ 15°)
L V cos (10°+15°) cos 10° I 1
= r----- Q’833 12------— = 0,378.
Г1+ 1Л .P'707 °'5 . ] 0,970 0,906
[ F 0,906 0.985J
80
Активное давление на глубине Н определяется по формуле (38)
<? = Ъ//Х„=1,8 4 0,378 = 2,72 т/м2.
Чтобы определить давление на самой наклонной стене, нужно
умножить этот результат на cos а = cos 10° — 0,985 Тогда получим
q' = q cos а = 2,72 • 0,985 = 2,68 т/м2.
Эпюры давлений показаны на рис. 47, б и в.
Силу активного давления грунта на стенку можно определить
по формуле (34) или по площадям эпюр давлений:
„ аН 2,72 4 с ., .
<2=Ч-=—2~ —5,44 т/м.
Вертикальная составляющая этой силы.
Qz == Q sin (а + В) = 5,44 sin (10° + 15°)=2,30 щ/ж;
горизонтальная составляющая:
Q^^Qcos (<z-|-о) = 5,44 cos25° = 4,92 т/м.
Рис 47 К примеру определения активного давле-
ния грунта на стену
а — составляющие полного давления грунта на заднюю
грань стены, б — ^пюра давления на стену в — ожюрэ
давления, отнесенного к вертикальной проекции стены
Пример 10. Определить активное давление песчаного грунта
на 1 м ограждения высотой Н = 3 м (рис. 48), если уровень грунто-
вых вод расположен на глубине Нг — 1 м от поверхности Земли.
Расчетные характеристики грунта- объемный вес в маловлажном со-
стоянии То = 1,8 т/мл, во взвешенном состоянии увзв = 1 т/м', угон
внутреннего трения <р = 30°, угол трения грунта по огражде-
нию 6 = 0.
Решение.
Интенсивность активного давления маловлажного грунта на глу-
бине Hi — 1 м от поверхности Земли (в точке С)
qc^foHitg2^0—^)=1,8 0,333 = 0,60 т/м2.
81
Эпюра давлений на ограждение по высоте представлена на
рис. 48, б (треугольник асе').
Ниже 1 м расположен грунт, насыщенный водой. Его давление
складывается из активного давления взвешенного грунта и давле-
ния воды.
Кроме того, активное давление взвешенного грунта усиливается
действием на него нагрузки от вышележащего грунта. Эта нагрузка
составляет 1.821,0 = 1,8 zh/jm2 и вызывает по высоте
стены СВ равномерное давление интенсивностью^ — 1,8 х 0,333 =
--= 0,60 ш/ж2.
Рис. 48. Давление грунта и грунтовой воды на ограждение:
а — схема ограждения; б — эпюра давлений
С учетом этого давления и самого взвешенного грунта полная
интенсивность активного давления в точке В будет
q'tt = + т„зв//2) tg2(45°- ^=(1,8 • 1,0 + 1 • 2) 0,33= 1,26 т/м2.
Соответствующая эпюра cc'bb’ показана на рис. 48, б.
Кроме того, на часть СВ стены оказывает давление двухмет-
ровый слой воды, от которого у основания стены возникает давление
q"B =1ВН2= 1 2 = 2 т/м2
(эпюра с' Ь' Ь").
Величина равнодействующей всех давлений
п 0,60 - 1 , п сл о 1 °-67 -2.2-2 . . _ .
Q=—2-----1-0,60- 2 + -^-2-1—2~=4,17 т/м.
Точку приложения этой силы можно определить, взяв сумму
моментов всех составляющих давлений относительно точки В
82
!i разделив эту сумму на величину равнодействующей всех
давлений.
Расстояние точки приложения равнодействующей от точки В
будет равно:
0,30 2,33 +1,2-1+ 0,67 0,67 + 2 • 0,67 3,68 л QC
2О=----—-----~пт------------=TTT=u,bb М’
4,17
§ 14. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ
В МАССИВЕ ОСНОВАНИЯ
Нагрузка сооружения передается основанию через фундамент.
В’ основании давление передается во все стороны, постепенно
*
уменьшаясь по величине.
Для выяснения условий распределения давления в основании
рассмотрим сначала условную схему (рис. 49), где скелет грунта
имеет вид круглых зерен одинако-
вого диаметра.
На этой схеме принято, что на-
грузка (/V = 1) передается поровну
на два зерна первого слоя; каждое
зерно первого слоя передает опять-
таки поровну свою нагрузку двум
частицам второго слоя и т. д. Дав-
ление, испытываемое при этом каж-
дым зерном, обозначено на схеме
дробями.
В сумме давления, приходящиеся
на зерна каждого горизонтального
ряда, дают N = 1.
Из рис. 49 видно, что по мере
углубления в грунт область распро-
странения давлений расширяется,
т. е. давление передается на все боль-
шее число зерен.
Можно также заметить, что в каж-
дой горизонтальной плоскости дав-
ление распределяется неравномер-
Рис 49. Условная схема распре-
деления давления в основании:
а — фундамент, в — основание, ус-
ловно представленное круглыми
зернами, с — эпюра вертикального
давления в грунте, цифры, анисан
ные в кружки, означают долю дав-
ления, приходящуюся на данное
зерно
но, достигая максимума по оси приложения нагрузки и умень-
шаясь к краям.
Выше исходили из предположения, что давление от нагрузки
распределяется в одной вертикальной плоскости. В действи-
тельности же давление в основании распределяется во всех
направлениях. В последнем случае нагрузка передается на боль-
шее число зерен — частиц грунта, и доля давления на каж-
дое зерно, находящееся в той же горизонтальной плоскости,
окажется несколько меньше цифровых значений, указанных
на рис. 49.
83
При пространственном распределении давления имеет значение
не только величина силы N, но размеры и форма площади, по кото-
рой передается давление на основание, т. е. площадь подошвы
фундамента.
Таким образом, величины давлений в основании зависят:
1) от нагрузки W на основание;
2) от соотношения а : в — размеров площади передачи давле-
ния (фундамента);
3) от глубины г, отсчитываемой от подошвы фундамента.
Выше было показано, что грунт можно рассматривать как линей-
но-деформируемое тело (см. гл. II, § 8). Поэтому для определения
давлений, возникающих в массиве грунта, применяются решения
теории упругости.
Распределение давлений
от действия сосредоточенной силы
Для определения вертикальных давлений, возникающих в осно-
вании, используется решение задачи теории упругости для действия
сосредоточенной силы (рис. 50). Согласно этому решению,
Рис 50 Распределение давления в основании от действия сосредото-
ченной силы:
а — расчетная схема, б — эпюры вертикальных сжимающих давлений, / —
по вертикальной оси, 2 — по горизонтальной, 3 — линии равных напряже-
ний (изобары) t
вертикальное давление
в точке М можно определить по формуле
— А А А
Рг~ 2 ’ тс
(43)
где р, — вертикальное давление в точке, кг/см2',
Р — сосредоточенная сила, кг;
z — глубина рассматриваемой точки от поверхности, см.
84
Из рис. 50, а видно, что R=}/z2 + r2, где г — расстояние
точки от оси приложения силы, см.
Подставив значение Р в выражение (43) и проводя преобразо-
вание, получим:
(44)
Коэффициент /< зависит от координат точки гиг.
Для удобства вычислений для коэффициента К составлена табл. Г>.
ТАБЛИЦА 15
Значения коэффициента К
Отношение r/z Коэффициент К Отношение r/z Коэффициент К

0,00 0,4775 0,85 0,1226
0,05 0,4745 0,90 0,1083
0,1 0,4657 0,95 0,0956
0,15 0,4516 1,00 0,0844
0,2 0,4329 1,25 0,0454
0,25 0,4103 1,50 0,0251
0,3 0,3849 1,75 0,0141
0,35 0,3577 2,00 0,0085
0,4 0,3294 2,25 0,0053
0,45 0,3011 2,50 0,0034
0,5 0,2733 2,75 0,0022
0,55 0,2466 3,0 0,0015
0,60 0,2214 3,5 0,0007
0,65 0,1978 4,0 0,0004
0,70 0,1762 4,5 0,0002
0,75 0,1565 5,0 0,0001
0,80 0,1385
Если на поверхности приложено несколько сосредоточенных сил,
то давления вычисляются как сумма давлений от действия каждой
силы
= (45)
Пример 11. Определить давление в точке А, расположенной
на глубине 2 ж от поверхности ина 1 л в сторону от оси, по которой
а действует сила Р = 80 т.
Отношение
г _ 100__л 5
z ~ 200 —
По табл. 15 этому отношению соответствует коэффициент К = 0,2733
,, Р п 80000 „ . о
= = 0,2733 goo. зоо =0,546 кг!см2.
На рис. 50, б показаны эпюры распределения давлений в осно-
вании от сосредоточенной силы Р.
85
Распределение давлений от действия
равномерно распределенной нагрузки
Для определения вертикальных давлений, возникающих по оси
(рис. 51, о), проходящей через центр нагруженной прямоугольной
площади, получена формула:
Рг = °-Р, (46)
где р — давление на основание, кг!см2\
а — коэффициент распределения давления в грунте, завися-
щий от отношений у = п и у—т. Значения этого
коэффициента приведены в табл. 16;
а, b — длина и ширина прямоугольника, см\
z — глубина точки от поверхности, на которой приложена
нагрузка, где определяются напряжения, см.
Рис. 51. Расчетная схема давлений при действии равномерно
распределенной нагрузки:
а — под центром; б — под углом
Пример 12. Определить вертикальное давление в грунте на глу-
бине z = 2 м под центром прямоугольного в плане фундамента
со сторонами подошвы а — 2 м и b — 1 м, если на основание пере-
дается равномерная нагрузка р — 30 т/м2 — 3 кг/см*.
Решение:
По табл. 16 для этих отношений находим а = 0,189. По формуле
(46) определяем вертикальное давление
Рг—°Р = 0,190-30 = 5,77 т/м2 — 0,57 кг/см2.
Метод угловых точек
Для определения давлений рг по вертикальной оси, проходящей
через угол нагруженного прямоугольника (рис. 51, б), получена
формула:
рг = а'р,
(47)
86
О
а
S
<
н
Значения коэффициента а
Примечание. Для промежуточных значениЯ'т и п величина коэффициента а определяется интерполяции
67
где а' — коэффициент распределения давлений по глубине осно-
вания.
Значение коэффициента а' можно получить из табл. 16 .принимая,
что а' = ~- при этом значение а' будет зависеть от двух парамет-
а z
ров. п = -т- и т = -г.
Ь Ь
Это решение положено в основу метода угловых точек, который
на основании принципа независимости действия сил позволяет опре-
делить давление по вертикальной оси, проходящей через любую
Рис 52 К методу угловых точек’
а — расположение точки внутри контура, б — вне кон-
тура
точку поверхности основания. Для этого загруженная площадь
делится на ряд прямоугольников так, чтобы их углы находились
в этой точке. Тогда давление определяется как сумма угловых
давлений, возникающих от нагрузки, распределенной по площади
этих прямоугольников.
Возможны два основных случая расположения точки относи-
тельно загруженной площади: внутри ее контура и за его пределами.
В первом случае (рис. 52, а) давление в точке М. определяется
как сумма угловых давлений от действия нагрузки по четырем
прямоугольникам: АЕМН, HMGD, EMFB и MFCG, а именно:
Рг = Сч + + (47 а)
где di, а2, аз и as — коэффициенты, определяемые в зависимости от
соотношения сторон четырех прямоугольников.
88
Во втором случае (рис. 52, б) давление в точке М будет опре-
деляться следующим образом:
Pz = ^'i — ГД— — (47 б)
Ki — коэффициент, определяемый в зависимости от соотноше-
ния сторон прямоугольника EBFM-,
а'г — для прямоугольника AEGM;
а\ — для прямоугольника HCFM;
di — для прямоугольника HDGM.
Метод угловых точек может быть также использован для опре-
деления давления в грунте при загружении площади сложного
очертания, при действии нагрузки различной интенсивности
Рис 53 Схема разбивки площадей на прямоугольники при учете влияния сосед-
них фундаментов
а — влияние одного фундамента, б — двух фундаментов 1
(например, в зданиях, имеющих различную этажность), также
при учете влияния соседних фундаментов.
В последнем случае; (рис. 53) напряжение по оси, проходящее
через точку О, от действия нагрузки по площади GHFE будет опре-
деляться по формуле:
Рг=(2а.;—2а.;)р, (47 в)
где cci — коэффициент, определяемый для прямоугольников LG КО
и KHNO;
as — для прямоугольников LEMO и MFNO.
Пример 13. Определить напряжение в точке О', находящейся
на глубине 2 ж от поверхности по оси, проходящей через центр
загруженной квадратной площади с учетом влияния загружения
соседних площадей (рис. 53, б). Интенсивность равномерно распре-
деленной нагрузки 2 кг!см2.
Решение.
Для определения давления разбиваем площади на прямоуголь-
ники гак, чтобы их углы находились над точкой О'. Для каждого
из них определяем по таблице значения коэффициентов а' = “
89
в соответствии с параметрами п и т. Для угловой точки О четырех
прямоугольников со сторонами b и / находим:
/11, z 1,2 , Q
711 = -=Т=1; mi=^=T = l,2.
Коэффициент а' равен:
, а 0,606 л 1 г 1
а1 —7— = 0,1 Ы ,
1 4 4
Для угловой точки О четырех прямоугольников со сторонами /2
и Ьг
п2 = £=4 = 5; т=1,2; а>^ = 0,189.
UI 1 т:
Для угловой точки О четырех прямоугольников со сторонами 13
и Ьх
/3 3 q 10.' 0,747 л .
п = 75=-г = 3; т=1,2; 03 = —^—= 0,187.
Суммарное давление в точке О' будет равно
рг = (4aj4а2 — 4aj)р — 0,613-2= 1,23 кг/см2.
§ 15. ДАВЛЕНИЕ СООРУЖЕНИЯ
НА ОСНОВАНИЕ
Для определения давления сооружения на основание условно
пользуются в целях упрощения формулами сопротивления мате-
риалов для центрального и внецентренйого сжатия сплошного
упругого бруса.
При центральном приложении нагрузки (рис. 54, а) считается,
что давление распределено равномерно и его интенсивность опреде-
ляется по формуле
Здесь р — среднее фактическое давление (напряжение) на грунт
под подошвой фундамента от нормативных нагру-
зок, кг/си2;
N — полная нагрузка на основание, кг или /71;
F — площадь подошвы фундамента или равная ей площадь
поверхности основания, см2 или м2.
При внецентренном приложении нагрузки с эксцентриситетом е
наибольшее и наименьшее давления у краев фундамента опреде-
ляются по формулам (рис. 54, б)
_/v ,/и. _/v_м ,.q.
Рмакс — г мчи р у/, \*'))
90
где М. = Ne — момент силы N относительно центра тяжести по-
дошвы фундамента, кг-см, тм\
W — момент сопротивления сечения фундамента по по-
дошве, см3 или м3.
Рис 54 Распределение давления по поверхности осно-
вания:
/ — часть подошвы фундамента с растягивающими напряже-
ниями, 2 — часть подошвы фундамента, по участвующая в
передаче давления иа грунг
Для прямоугольной подошвы фундамента со сторонами а и Ь
имеем F — ab и W =^-, поэтому можно пользоваться вместо
формулы (49) следующим выражением
±Т)- (50)
МИН 4 '
91
Из выражения видно, что при эксцентриситете е, меньшем или
равном 6/6 (рис. 54, б и в), под всеми точками подошвы фунда-
мента будут только сжимающие давления (напряжения).
При эксцентриситете У>6/6 под частью подошвы фундамента,
заштрихованной на рис. 54, г, должны появиться растягивающие
напряжения. Однако фактически они не могут возникнуть по
плоскости контакта между основанием и фундаментом. В этом
случае формулы (49) и (50) оказываются неприменимыми. Поэтому
при е > 6/6 нужно пользоваться другой формулой, учитывающей,
что растягивающих напряжений в основании не будет и что сжи-
мающие напряжения появятся только в пределах некоторой части
ширины подошвы фундамента. Обозначим эту часть через 6'
(рис. 54, д). Тогда из условия равновесия следует, что объем эпюры
давлений, равный равнодействующей давлений, должен быть равен
силе Л', т. е.:
P-^^=N или рмакс = ^. (51)
Центр тяжести треугольной эпюры давлений, расположенный
на расстоянии 673 от края О фундамента, должен вместе с тем нахо-
диться и под силой N, т. е.:
1/ ь ,, <. / ь
тр—у—е или 6 ==3к--е
Наибольшее давление на основание можно выразить следующей
формулой:
22V 4/v’
Ркякс ~ / b \ ~ За (Ь -2е) [ )
оа —---е I
Определение осадочного давления
Давление от веса сооружения передается через подошву фун-
дамента на грунт, находящийся не на поверхности, а на неко-
торой глубине, соответствующей отметке заложения фунда-
мента.
К моменту строительства деформации грунта от действия при-
родного давления рпр па этой отметке от собственного веса выше-
лежащего грунта можно считать полностью законченными. Учиты-
вая, что при устройстве фундаментов часть грунта заменяется кон-
струкцией фундамента, дополнительная осадка от действия давле-
ния, передаваемого подошвой фундамента, будет происходить не от
полной нагрузки р, а от разности между ней и весом вынутого
грунта.
Это давление обычно называется осадочным или дополнитель-
ным и определяется по такой формуле:
Рос = Р~Рпр- (53)
Расчет осадок основания производится только от осадочного дав-
ления рос.
92
Пример 14. Определить осадочное (дополнительное) давление
для ленточного фундамента шириной 2 л с глубиной заложе-
ния 1,5 м. Нагрузка на фунда-
мент N = 40 т. Объемный
вес грунта уо — 1,8 г!см*.
Решение.
Давление по подошве фунда-
мента:
N 40
P~F~2- 1 -
— 20 т/м2 = 2 кг/см2.
Природное давление на глу-
бине 1,5 м:
рПр = 1^=1,8-1,5 =
= 2,7 m/At2 = 0,27 кг/см2.
Осадочное давление
Рое = Р “ Рпр ==
= 2,0 — 0,27 = 1,73 кг/см2.
Рис. 55. Эпюры вертикальных давлений
Пример 15. Построить эпюры распределения природного и оса-
дочного давлений в основании по оси, проходящей через центр лен-
точного фундамента со стороной 2 м. Глубина заложения фунда-
мента 1,5 м. Интенсивность давления по подошве фундамента
р — 2 кг/'см2. Объемный вес грунта уо = 1,8 г/смл. Осадочное давле-
ние под подошвой фундамента определено в примере 14 : рос —
= 1,73 кг!см2.
Решение.
По табл. 16 определяем значение а для ленточного фундамента
(п 10). Решение ведем в табличной форме (табл. 17).
ТАБЛИЦА 17
2г г, м а ₽г = и₽ос ₽пр = То(Н~г) Примечание
00 0 1 0 1 73 0 97 mb т 2
0,4 0,4 0,977 1,691 0,343 2 2
0,8 0,8 0,881 1,522 0.415
1,2 1,2 0,755 1,308 0,486
1,6 1,6 0,642 1,108 0,559 pz = al,73m/.»t2
2,0 2,0 0,550 0,951 0,630 РпР = 1,8(l,5+z)
2,4 2,4 0,477 0,824 0,705
2,8 2,8 0,420 0,726 0,777
3,2 3,2 0,374 0,646 0,849
3,6 3,6 0,337 0,583 0,920
4,0 4,0 0,306 0,530 0,992
6,0 6,0 0,208 0,348 1,350
8,0 8,0 0,158 0,283 1,71
На рис. 55 показаны эпюры вертикальных давлений.
ГЛАВА V
РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ
§ 16. ПРЕДЕЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОСНОВАНИЙ
Предельными состояниями конструкции называют такие состоя-
ния, при которых она теряет несущую способность или перестает
удовлетворять своему назначению из-за недопустимых деформаций
или местных повреждений, например трещин в железобетоне.
Предельными состояниями основания считаются такие, в ре-
зультате которых возникают предельные состояния самого соору-
жения.
Различают два вида предельных состояний основания:
I — расчет основания по прочности и устойчивости;
II — появление осадок, недопустимых для сооружения.
Ввиду большой сжимаемости грунтов по сравнению с та-
кими строительными материалами, как сталь, бетон и другие
(в 500—1000 раз), основным обычно оказывается второе предельное
состояние.
Потеря несущей способности основания'обычно влечет за собой
потерю устойчивости сооружения, а недопустимые осадки ведут
к разрушению сооружения.
Расчет основания по несущей способности, т. е. на прочность,
сводится к выполнению условия
А;<Ф, (54)
где N — давление на основание от расчетных нагрузок здания
или сооружения в наиболее невыгодной комбинации;
Ф — несущая способность основания для давления того же
направления и положения.
Величины расчетных нагрузок получаются путем умножения
нормативных нагрузок на коэффициенты перегрузки п, учиты-
вающие возможные отклонения фактических нагрузок от норма-
тивных. Значения этих коэффициентов колеблются в пределах
от 1,1 до 1,4. Для давления грунтов принимается коэффициент
перегрузки 1,2.
Несущую способность основания следует принимать равной
предельному давлению, найденному по расчетным значениям
94
физико-механических характеристик грунтов (объемного веса, угла
внутреннего трения и удельного сцепления).
Коэффициент однородности грунтов, учитывающий их неодно-
родность, неточность определения и изменчивость характеристик
во времени, принимается равным 0,8—0,9.
Надо иметь в виду, что промышленные и гражданские здания
и сооружения лишь в редких случаях теряют устойчивость из-за
потери основанием несущей способности.
Расчет оснований зданий и сооружений по несущей способности
грунта делается при наличии регулярно действующих горизон-
тальных нагрузок, например, для подпорных стен, а также для зда-
ний и сооружений, строящихся на откосах. В последнем случае
возникает опасность сдвига здания или сооружения в сторону по-
дошвы откоса вместе с массивом основания.
Рис 56 Виды деформаций:
а — равномерная осадка, б — крен
Расчет основания по второму предельному состоянию сводится
к выполнению условия: ожидаемые, т. е. расчетные деформации
основания (осадка, крен) должны быть меньше или равны предель-
ным величинам этих деформаций, т. е.:
S^Srip. (55)
Расчетные величины осадок S определяются по одному из ме-
тодов, разработанных в механике грунтов (§ 19).
Величины предельных деформаций Snp были установлены
на основании изучения совместной работы основания и конструк-
ции зданий в процессе их строительства и эксплуатации. Предель-
ные деформации зданий и сооружений связаны с деформациями
оснований и могут характеризоваться следующими видами дефор-
маций оснований:
1) равномерной осадкой (рис. 56, а). В этом случае поверхность
фундамента опускается параллельно самой себе. Этот вид деформа-
ций вызывает только перемещение сооружения без его деформи-
рования;
95
2) средней величиной осадки, определяемой по осадкам не менее
чем трех фундаментов, расположенных в пределах здания. Абсо-
лютная осадка отдельного фундамента не должна превышать сред-
ней осадки больше чем на 50%;
3) разностью осадок двух соседних фундаментов — перекосом
или креном (рис. 56, б). Перекосом называется разность осадок
двух отдельных опор, отнесенная к расстоянию между ними. Креном
называется разность осадок двух крайних точек фундамента, отне-
сенных к расстоянию между ними. Крен характеризуется тангенсом
угла наклона фундамента и опреде-
ляется по следующей формуле:
tge=^=A, (5б)
где Sj и S2 — осадки двух точек фун-
дамента;
/ — расстояние между
этими точками;
4) относительным прогибом (пере-
гибом). В случае различных величин
осадок поверхности основания обра-
зуется вогнутость (прогиб) или вы-
пуклость (перегиб) (рис. 57), который
определяется по следующей фор-
МуЛе. QQ Q Q
(57)
где Sj и S3 — осадки концов рассматриваемого участка;
S2 — наибольшая или наименьшая осадка на том же
участке;
I — расстояние между точками 6 осадкой S, и 53.
Деформации основания могут быть одновременно нескольких
видов, но все они не должны превышать соответствующих предель-
ных деформаций, установленных строительными нормами для проек-
тируемых зданий, значения которых приведены в табл. 18 и 19.
ТАБЛИЦА 18
Предельные величины деформаций основания фундаментов
зданий и сооружений
Наименование нормируемых величин Предельны ЦНИ основ из Гр] песчаных, глинистых при В<0 е деформа- аннй Л л пр 7нтов глинистых при
Разность осадок фундаментов колонн зданий: а) для железобетонных и стальных рамных конструк- ций б) для крайних рядов колонн с кирпичным заполне- нием фахверка 0,002/ 0,0007/ 0,002/ 0,001/
96
Продолжение
Наименование нормируемых величин Предельные деформа- ции оснований 6>Пр из грунтов
песчаных, глинистых при В<0 ГЛИНИСТЫХ при
в) для конструкций, в которых не возникает дополни- тельных усилий при неравномерной осадке фунда ментов (/—расстояние между осями фундаментов) 0,005/ 0,005/
Относительный прогиб (перегиб) несущих стен многоэтаж- ных зданий (в долях от длины изгибаемого участка стены): а) крупнопанельных бескаркасных 0,0005 0,0007
б) крупноблочных и кирпичных неармированных . . . 0,0007 0,0010
в) крупноблочных и кирпичных армированных железо- бетонными или армокирпичными поясами 0,0010 0,0013
Относительный прогиб (перегиб) стен одноэтажных про- мышленных зданий и подобных им по конструкциям зданий другого назначения (в долях от длины изгибае- мого участка стены) 0,001 0,001
Крен сплошных или кольцевых фундаментов высоких жестких сооружений (дымовые трубы, водонапорные башни, силосные корпуса и т. д.) при наиболее невы- годном сочетании нагрузок 0,004 0,004
Продольный уклон подкрановых путей мостовых кранов 0,004 0,004
Поперечный уклон подкрановых путей (перекос моста крана) 0,003 0,003

ТАБЛИЦА 19
Предельные величины средних осадок оснований фундаментов
зданий и сооружений S'np. ср
Конструкции зданий, н тип фундамента
Предельные вели-
чины средних
осадок, Snp ср
см
Крупнопанельные и крупноблочные бескаркасные здания . .
Здания с неармпрованными крупноблочными и кирпичными
стенами на ленточных и отдельно стоящих фундаментах
при отношении длины стены L к ее высоте Н (считая Н
от подошвы фундамента):
8
Здания с крупноблочными и кирпичными стенами, армиро-
ванными железобетонными или армокирпичными поясами
(вне зависимости от отношения L/H) ....................
Здания с каркасом по полной схеме .....................
Сплошные железобетонные фундаменты доменных печей, ды-
мовых труб, силосных корпусов, водонапорных башен и т. д.
Фундаменты одноэтажных промышленных зданий и подобных
им по конструкциям зданий другого назначения при шаге
КОЛОНН, 1Л'.
8..................................................
12..................................................
4 Зак. 143
8
10
15
10
30
8 (абсолютные
осадки)
12 (абсолютные
осадки)
07
§ 17. НАГРУЗКИ ЗДАНИИ
Постоянная нагрузка зданий, т. е. собственный вес всех его
конструктивных частей — фундаментов, стен, крыши и других,— (
учитывается полностью Временная же нагрузка (полезная) жилых ’
и общественных зданий, складывающаяся из веса людей, мебели,
предметов домашнего обихода и т. п., учитывается с коэффициентом '
понижения нагрузок, так как она практически никогда не нахо- *
дится полностью одновременно во всех этажах.
Коэффициенты понижения нагрузок установлены такие:
для 2-этажных зданий без подвала 0,9 Л
» 3 » » » » 0,85
» 4 » » » » 0,8
» 5 » » » » 0,75
» 6 » » » » 0,7
» 7 » » » » 0,65 ь
» 8 » » » > 0,6
>9 » 10-этажных » и более 0,55 0,5
Для одноэтажных зданий временная нагрузка на перекрытиях )
учитывается полностью. ।
Временная нагрузка производственных зданий — вес людей,
оборудование, машины, краны и т. д.— учитывается полностью
во всех этажах. Коэффициент понижения при этом не вво-
дится.
Вес конструктивных частей здания подсчитывается по чертежам
проектного решения или, что более грубо, — поданным, имеющимся
в справочниках.
Для определения нагрузок зданий необходимы следующие
данные:
1) снеговая нагрузка на 1 м2 горизонтальной проекции крыши,
кг!м2\
2) собственный вес крыши (кровля, стропила) на 1 м2 горизон-
тальной проекции, кг!м2\
3) собственный вес чердачного и всех промежуточных перекры-
тий, кг!м2\
4) собственный вес кладки стен, кг!м2\
5) временная расчетная нагрузка чердачного и всех между-
этажных перекрытий, ка/ж2;
6) временная расчетная нагрузка на поверхность земли около
стен здания, кг!м2.
Из схемы здания (рис. 58, а) видно, что стены в основном пере-
дают нагрузку на фундамент под простенками между окнами.
Целесообразно поэтому суммировать нагрузку на длину стены а,
равную расстоянию между осями соседних окон. Таким образом,
на длину наружной стены приходится собирать нагрузку с пло-
щади 0,5 al, а внутренней — с площади al, где I — расстояние
между наружными и внутренними стенами. Эта величина носит
название грузовой площади
98
Разрезы здания и его наружной стены (рис. 58, бив) показывают,
что междуэтажные перекрытия, опираясь на наружную и внутренние
стены, передают нагрузку с половины длины перекрытия. После
Рис. 58. Схема передачи нагрузок здания на фундамент
и основание:
а — план здания, б — вертикальный разрез здания с нагрузками
н усилиями, в — схема усилии в наружной стене
разделения суммарной нагрузки на а получаем нагрузку на 1 м
фундамента. Усилия, действующие на фундамент, приложены к верх-
ней его плоскости — обрезу фундамента. На основание, кроме того,
действует нагрузка от веса самого фундамента, включая грунт
на обрезах и выступах.
Размеры и вес фундамента, не назначенные заранее, можно при-
нять в первом приближении равными размерам и весу фундаментов
аналогичных зданий.
4* 99
Складывая нагрузку от стен с весом фундамента, получим на-
грузку на основание. Результирующее давление на поверхность
основания служит исходным для расчета ожидаемых осадок.
Расчет оснований зданий ведется на действие нормативных на-
грузок, он не удобен тем, что расчет самих конструкций здания
или сооружения ведется в основном по расчетным нагрузкам. По-
этому приходится подсчитывать нагрузки дважды — один раз без
коэффициента перегрузки и второй раз — с коэффициентом пере-
грузки.
Для упрощения сбора нормативных нагрузок на фундамент
в строительных нормах введен усредненный коэффициент пере-
грузки, равный 1,2 для перехода от суммарных расчетных нагрузок
к суммарным нормативным путем деления расчетных нагрузок на
этот коэффициент.
§ 18. РАСЧЕТ ОСНОВАНИЙ ПО ПРОЧНОСТИ
И УСТОЙЧИВОСТИ
Характерные виды давления на основания
В § 8 были рассмотрены стадии сопротивления грунта, возникаю-
щие в процессе возрастания нагрузки на основание (см. рис. 9).
В зависимости от характера поведения грунтов под нагрузкой
при изучении прочности грунта выделяется два вида давления.
Рис. 59. Схема распространения областей предельного равновесия
в грунте основания:
а — при предельной краевой нагрузке; б— на глубину I /4 ширины по-
дошвы фундамента, в — при предельно!! нагрузке, / — области предельного
равновесия; 2 — уплотненное ядро; 3 — выпирающий грунт
При давлении, соответствующем границе прямолинейной зависи-
мости (точка 1, рис. 9), около краев фундамента начинают возникать
показанные на рис. 59, а области предельного равновесия, т. е.
области, в которых величины касательных напряжений по площадкам
скольжения достигают удельного сопротивления грунта сдвигу. По-
этому давление, соответствующее точке /, называется начальным
критическим давлением рн. кр. Оно определяется по формуле
Н. П. Пузыревского:
р,.,р=МЪ±Ь££!£?> + 7А (58)
ctgcp + cp — у
100
где Yo — объемный вес грунта, т!м9\
h — глубина заложения фундамента, м\
<р — угол внутреннего трения грунта;
с — удельное сцепление грунта, т/м2\
При дальнейшем увеличении давления области предельного
равновесия будут увеличиваться и распространяться на все боль-
шую глубину под подошвой фундамента.
Однако при давлении, которое вызывает распространение об-
ласти предельного равновесия на глубину, равную 1/4 ширины по-
дошвы фундаментов, т. е. 2гпах = й/4 (рис. 59, б) грунт может рассмат-
риваться как линейно деформируемое тело и в СНиП П-Б.1—62
за предельную нагрузку рекомендуют принимать давление, со-
ответствующее давлению в точке 2 (рис. 9) и определяемое по
формуле:
Pi/4=r.^+cctg?+°,25-fo&) =(А ь Dc, (59)
ctg<p4-<p—~
где А, В и D — коэффициенты, зависящие от величины угла внут-
реннего трения грунта. Значения этих коэффициен-
тов приведены в табл. 20.
ТАБЛИЦА 20
Значения коэффициентов Л, В и D в формуле (59)
ф. град. А В D ф, град. А В D
0 0 1 3 24 0,7 3,9 6,5
2 0 1,1 3,3 26 0,8 4,4 6,9
4 0 1,2 3,5 28 1,0 4,9 7,4
6 0,1 1,4 3,7 30 1,2 5,6 8.0
8 0,1 1,6 3,9 32 1,4 6,3 8,5
10 0,2 1,7 4,2 34 1,6 7,2 9,2
12 0,2 1,9 4,4 36 1,8 8,2 10,0
14 0,3 2,2 4,7 38 2,1 9,4 10,8
16 0,4 2,4 5,0 40 2,5 10,8 11,8
18 0,4 2,7 5,3 42 2,9 12,7 12,8
20 0,5 3,1 5,6 44 3,4 14,5 14,0
22 0,6 3,4 6,0 45 3,7 15,6 14,6
Давление, соответствующее точке 3 графика (рис. 9) и схеме,
показанной на рис. 59, в, называется предельным давлением рпр.
Для его определения в случае песчаного грунта и ленточного
фундамента можно пользоваться формулой В. Г. Березанцева,
имеющей тот же вид, что и формула 59, но при других величинах,
входящих в нее коэффициентов (табл. 21):
рпр = То И' 6 + ,/г) + D'c.
(60)
101
ТАБЛИЦА 21
Значения коэффициентов Д', В' и D' в формуле 60
ф, град. 26 28 30 32 3-1 36 38 40 42 46
Д' 6,8 8 10,8 14,3 19,8 26,2 37.4 50,1 77,3 159,6
В' 12,3 15 19,3 24,7 32,6 41,5 54,8 70 98,7 195,0
D' 23,2 25,8 31,5 38 47 55,7 70 84,7 108,8 187,5
Можно провести некоторую аналогию между напряженным
состоянием грунта под фундаментом и напряженным состоянием
балки при изгибе.
При этом предельное краевое давление на основание соответ-
ствует нагрузке, вызывающей текучесть в крайних волокнах балки
«фибровую текучесть», а предельное давление — предельной на-
грузке.
Давление же, соответствующее образованию областей предель-
ного равновесия грунта, распространяющихся на определенную
глубину, по аналогии можно сравнить с нагрузкой, приводящей
к появлению областей текучести на некоторой части высоты по-
перечного сечения балки.
Пример 16. Определить три вида давления: краевое, предельное
и то давление, при котором области предельного равновесия грунта
распространяются на глубину, равную одной четверти ширины
подошвы фундамента.
При этом даны: ширина подошвы фундамента b = 2 м, глубина
заложения фундамента h = 2 м, объемный вес грунта (пылеватый
песок) у0 = 1,7 т!м9, угол внутреннего трения <р = 30°, удельное
снепление с ~ 0.04 кг!см2 (0,4 ш/л2).
Решение.
Предельное краевое давление по формуле (58)
*(TOA4-Cctgy) , , ’ \ ~ 0,577/ ,
₽кр . 71 , 30°-3,14
etgy + y —у 1,734--------1,57
+ 1,7-2=Д^4-3,4 = 22,1 ш/лг2 = 2,21 кг/слЛ
Предельное давление по формуле (60):
рпр = То(Лй + Вй) + Пс=1,7-(10,8-24-19,3-2) +
+ 31,5-0,4= 102 4-12,6= 114,6 т/л<2= 11,5 кг/см2.
Давление, при котором глубина распространения областей
предельного равновесия грунта достигнет 1/4 ширины подошвы
фундамента, определяется по формуле (59):
p1/i=-ro(464-B/0 + £c=l,7(l,2-2 4-5,6-2)4-8-0,4 = 23,l +
4-3,2=26,3 пг/м2—2,63 кг/см2.
102
Нормативное давление на грунты основания
Как было указано выше, расчет оснований по деформации яв-
ляется обязательным для всех сооружений.
Совсем избежать осадок невозможно. Любое основание под соору-
жением дает осадку, так как нагрузка сооружения оказывает влия-
ние даже на скальные грунты, поскольку сила, действующая на ос-
нование, неизбежно вызывает какую-то деформацию. Но осадки
на скальных грунтах настолько малы, что ими можно пренебречь,
тогда как здания на слабых основаниях могут осесть на десятки
сантиметров.
Следует иметь в виду, что для большинства сооружений важен
не столько размер осадок, сколько характер их распределения
по основанию. Так, неравномерные осадки под стенами здания могут
вызвать в них трещины. В отдельных случаях возможен и перекос
всего здания.
Равномерные осадки оснований не опасны для нормальной
службы зданий и сооружений, если основания оказывают достаточ-
ное сопротивление нагрузке сооружений.
Расчет по деформациям прямоугольных в плане зданий с кирпич-
ными и крупноблочными несущими стенами высотою не более 6-и эта-
жей*, можно заменить более простым расчетом по нормативному дав-
лению на грунт, который сводится к выполнению следующего
условия:
Рср=СРИ, (61)
где рср — среднее давление на грунт от нормативных нагрузок,
найденное в соответствии с указаниями, сделанными
выше (§ 5);
R"— нормативное давление на грунт основания (сопротивление).
Для расчета внецентренно нагруженных фундаментов необхо-
димо выполнение следующего условия
Лпах^1,2Ян,
где Ртах — наибольшее краевое давление.
При этом основание должно иметь однородное горизонтальное
напластование грунтов, сжимаемость которых по глубине до 5 м
от подошвы фундаментов не увеличивается.
В качестве нормативного давления в нормах принята величина
среднего давления на основание, при которой глубина распростра-
нения областей предельного равновесия грунта составляет одну
четвертую часть ширины подошвы фундамента. Это давление опре-
деляется по формуле (59) при нормативных значениях <ри и с" углов
внутреннего трения и удельного сцепления:
/?к = -То(Л& + Вй) + Осн, (62)
* См. табл. 12 СНиП П-Б.1—62.
103
где А, В, D — коэффициенты, определяемые по табл. 20 в зави-
симости от <р;
h — глубина заложения подошвы фундамента, м\
у0— объемный вес грунта, залегающего выше подошвы
фундамента, /тгЛи3;
b — меньшая сторона прямоугольной подошвы фун-
дамента, м.
При наличии подвальных помещений
Рис СО. Фундамент зда-
ния при наличии подвала
нормативное давление на грунт основания
определяется по формуле:
и = То | л -р-д (2у~Лп)j + Вс", (63)
где hn — приведенная глубина заложения
фундамента в подвальном поме-
щении, определяемая по формуле
(рис. 60):
Йп = 4+^2^.
1о
где — толщина слоя грунта выше по-
дошвы фундамента, м;
d2 — толщина конструкции пола под-
вала, м;
у,, — объемный вес конструкции пола
подвала, т/м2.
Пример 17. Определить нормативное
давление на основание из суглинка с коэф-
фициентом пористости в = 1 и влажностью на границе раскатывания
Wp = 16% под фундаментом шириной b — 3-м, заложенным на глу-
бине h = 1,8 л.
Решение.
По табл. 8 находим <рн = 18°; с" = 0,08 кг/см2 = 0,8 т/м2,
а по табл. 20 коэффициенты А - 0,4; В = 2,7; D = 5,3.
По формуле (60) находится нормативное давление:
= ь (Л b 4-B/z) + Dc= 1,8 (0,4 • 3 + 2,7 • 1,8) + 5,3 • 0,8 =
= 15 т/м2 = 1,5 кг/см2.
Пример 18. Определить нормативное давление на основание
из мелкого песка с коэффициентом пористости б = 0,6 и объемным
весом уо = 1,8 т/м2. Глубина заложения фундамента h = 3 м,
ширина подошвы b = 1,2 м, фундамент имеет подвал (рис. 60).
Толщина слоя грунта выше подошвы фундамента dx = 0,4 м;
толщина конструкции пола подвала d2 = 0,1 м. при объемном
весе уп = 2,3 т/м2.
Решение.
По табл. 8 находим <рн = 36е и сн = 0,04 кг/см2 — 0,4 т/м2,
а Затем по табл. 20 А = 1,8; В = 8,2, D = 10.
104
Определяем приведенную глубину заложения фундамента в под-
вальном помещении:
ftn==£/14-£/2^ = 0,4 + 0)1rj = 0,53 м.
Yo Uo
Нормативное давление на основание находится по формуле (63):
/?» = + ^64-^3^] + ^“ =
= 1,8 [ 1,8 - 1,2 +8,2(2'з+0,53)]+ 10 0,4 = 41 ш/ж2 = 4,1 кГ/см\
Определение нормативного давления на грунты
Для предварительной оценки несущей способности грунта
в Строительных нормах и правилах по проектированию фундаментов
на естественном основании рекомендуются таблицы нормативных дав-
лений RH.
Несущая способность грунта зависит от физических и механи-
ческих свойств грунтов. Поэтому значения 7?н, приведенные в табл.22,
даются в зависимости от наименования грунта, его плотности, коэф-
фициента пористости е, влажности для песчаных и консистенции В
для глинистых грунтов.
ТАБЛИЦА 22
Нормативные давления на грунты основания R", кг/см2
Наименование грунта Значения jRh, кг/см-
Крупнообломочные грунты 1. Щебенистый (галечниковый) с песчаным за- полнением пор 2. Дресвяный (гравийный) из обломков кристал- лических пород 3. Дресвяный (гравийный) из обломков осадоч иых пород 6,0 5,0 3,0
Песчаные грунты Плотные СРедией плотности
4. Пески крупные независимо от влажности . . 5. Пески средней крупности независимо от влаж- 4,5 3,5
ности 6. Пески мелкие: 3,5 2,5
а) маловлажные 3,0 2,0
б) очень влажные и насыщенные водой .... 7. Пески пылеватые: 2,5 1,5
а) маловлажные 2,5 2,0
б) очень влажные 2,0 1,5
в) насыщенные водой 1,5 1,0
105
Продолжение табл. 22
Глинистые грунты Коэффициент пористости Е Консистенция
В--=0 В=1
8. Супеси 0,5 3,0 3,0
0,7 2,5 2,0
9. Суглинки 0,5 3,0 2,5
0,7 2,5 1,8
1,0 2,0 1,0
10. Глины ..................... 0,5 60 4,0
0,6 5,0 3,0
0,8 3,0 2,0
1,1 2,5 1,0

Данные табл. 22 составлены на основании большого количества
испытаний грунтов пробными нагрузками, а также по результатам
наблюдений за работой фундаментов выстроенных зданий и соору-
жений.
При определении значений В по таблицам для глинистых грунтов
величина нормативного давления вычисляется по интерполяции сна-
чала по величине коэффициента пористости е для значений В — 0 и
В = 1, а затем по В между значениями давления для В = 0 и В = 1.
Следует отметить, что в таблице не приведены значения R"
для рыхлых песчаных грунтов, глинистых грунтов в текучем состоя-
нии при В = 1, для супесей с коэффициентом пористости е>0,7,
суглинков при е. 1, глин при е > 1,1 , а также для грунтов с боль-
шим содержанием органических остатков. Несущая способность
таких грунтов определяется только с помощью испытаний пробной
нагрузкой на месте их залегания.
Данные табл. 22 служат оценкой геологических условий на ста-
дии инженерно-геологических изысканий. „При проектировании
эти данные могут быть использованы только для предварительного
назначения размеров фундаментов, а также для определения окон-
чательных размеров фундаментов III и IV класса.
Данными табл. 22 можно пользоваться при условии, что основа-
ние сложено горизонтальными слоями грунтов с уклоном не более 0,1
и только для фундаментов с шириной подошвы от 0,6 до 1,5 м и глу-
биной заложения от 1,0 до 2,5 м.
•>
Примеры определения нормативного давления
Пример 19. Определить нормативное давление R" для песчаного
грунта, используя физические характеристики, полученные в при-
мере 1.
Решение.
В "соответствии с данными табл. 22 нормативное давление на пе-
сок средней крупности, средней плотности определяется без учета
влажности, т. е.
R" = 2,5 кг/см2.
* ,
'4
106
Пример 20. Определить нормативное давление для глинистого
грунта на основании физических характеристик, приведенных
в примере 2.
Решение.
Нормативное давление для суглинка определяется путем интер-
поляции в табличной форме (табл. 23).
ТАБЛИЦА 23
Определение Дн с помощью интерполяции
в=о В = 0,59 В = 1
е=0,7 2,5 1,8
е = 0,74 2,43 2,00 1,69
6 = 1,0 2 1
Устойчивость против опрокидывания
Сооружение теряет устойчивость при потере основанием несу-
щей способности (прочности). Однако иногда устойчивость может
быть потеряна и без разрушения основания, например при сколь-
жении сооружения по поверхности основания. В таких случаях
для расчета сооружения на устой-
чивость следует также пользоваться фор-
мулой (54).
При проверке устойчивости сооруже-
ния против опрокидывания вокруг точ-
ки О формула примет такой вид (рис. 61).
М^тМпр или е^те„р,
где М — расчетный изгибающий мо-
мент всех сил, действующих
на сооружение, относительно
центра тяжести подошвы
фундамента, равный произве-
дению Ne\
Рис. 61. К проверке соору-
жения на устойчивость
действующих перпенди-
/Ипр — предельный изгибающий мо-
мент относительно центра тя-
жести подошвы фундамента,
равный Ne„v;
N — сумма всех расчетных сил,
кулярно подошве фундамента;
е — расчетный эксцентриситет равнодействующей расчет-
ных сил;
епр — предельный эксцентриситет этой силы;
т — коэффициент условий работы, который для промышлен-
ных и гражданских сооружений на сжимаемом основа-
нии — не выше 0,9 *.
* Для мостовых опор этот коэффициент принимается соответственно равным
107
Устойчивость против скольжения
При проверке сооружения на устойчивость против скольжения
формула (54) приводится к следующему виду:
Т тТ„р
или
T-gZmfN,
где Т — сумма расчетных сдвигающих сил, т. е. сил, действую-
щих параллельно поверхности основания;
Т„р — предельная сдвигающая сила;
f — коэффициент трения подошвы фундамента сооружения
о грунт основания. Значения коэффициентов трения при-
ведены в табл. 24.
ТАБЛИЦА 24
Коэффициенты трения фундаментов о грунты оснований
Вид грунта основания
Скальные грунты с неомывающейся поверхностью.................
Крупнообломочные грунты......................................
Пески маловлажные............................................
Пески влажные................................................
Глины в твердом состоянии....................................
в пластичном » ................................
Суглинки в твердом состоянии.................................
в пластичном » .............................
Супеси в твердом состоянии ..................................
в пластичном » ................................
0,75
0,50
0,55
0,45
0,30
0,20
0,45
0,25
0,50
0,35
Коэффициент условий работы m при расчете на скольжение
принимается не больше единицы *. Силы, по которым подсчиты-
ваются значения М и Т, берутся с коэффициентами перегрузки
большими или меньшими единицы в зависимости от того, стре-
мятся ли они вывести сооружение из устойчивого положения или же
противодействуют этому. Так, для активного давления грунта
на подпорную стену нужно взять коэффициент перегрузки п = 1,2,
а для собственного веса стены — п = 0,9.
Изложенная методика расчета сооружений на устойчивость
принята в технических условиях и нормах проектирования мостов
(СН 200—62). Она более обоснована, чем методика «коэффициентов
устойчивости», но для промышленных сооружений еще не вошла
в нормы.
Пример 21. Произвести проверочный расчет устойчивости под-
порной стены, показанной на рис. 61, против опрокидывания
и скольжения по основанию, если даны расчетные нагрузки на 1 м
длины стены: собственный вес стены G = 20,25 tn, горизонтальная
Для мостов принимается m = 0,8.
108
составляющая давления грунта Qx = 9,6 т, вертикальная состав-
ляющая давления грунта Qz = 10,62 т. Ширина подошвы фунда-
мента стены b = 2 м, а эксцентриситет равнодействующей N всех
вертикальных сил е — 0,42 м. Основание из песка.
Решение.
Проверка устойчивости на опрокидывание производится по фор-
муле (54а) при коэффициенте условий работы т — 0,75 и при
b 1
^пр — 2 — 1
или 0,42^0,75-1.
Проверка устойчивости на скольжение делается по формуле (54а).
При Т = Qx = 9,6 m; при N = G ф- Qz = 20,25 4- 10,62 = 30,87 т,
при / = 0,4 и при т = 1,0; Г mfN или 9,6 0,4 • 30,87 — 12,4.
§ 19. ОСАДКИ ОСНОВАНИЯ
Виды деформаций оснований
Под воздействием нагрузки от сооружения его основание дефор-
мируется и дает осадку, а в некоторых случаях — просадку. Осад-
кой называется направленная вниз деформация основания, не со-
провождающаяся коренным изменением сложения грунта. Просадка
вызывает коренное изменение сложения грунта. Например, к про-
садке относится деформация основания при выпирании грунта
из-под подошвы фундамента или оседание замоченных макропо-
ристых грунтов под нагрузкой.
Осадка называется равномерной, если деформация основания
под всей площадью сооружения одинакова, и неравномерной в слу-
чае различных деформаций в разных точках основания.
Процесс осадки основания вызывается уплотнением грунта
и удалением из его пор воды. Поэтому осадка проходит быстро в пес-
чаных грунтах с большими коэффициентами фильтрации и медленно
в глинисдых грунтах, у которых коэффициенты фильтрации очень
малы. Иногда осадка основания глинистого грунта длится многие
годы. Осадка, соответствующая окончательному уплотнению грунта,
называется полной, конечной или стабилизированной.
Методы расчета осадок
ОСАДКИ СЛОЯ ГРУНТА ПРИ СПЛОШНОЙ НАГРУЗКЕ
При загружении слоя грунта сплошной нагрузкой осадка слоя
грунта будет происходить только за счет уплотнения грунта без
возможности бокового расширения.
На рис. 62 дана схема изменения слоя грунта после уплотнения
и компрессионная кривая, показывающая изменение коэффициента
пористости. Зная эти величины, можно определить величину осадки
109
слоя грунта. Выделим в слое грунта элементарный столбик пло-
щадью F, высотой h и коэффициентом пористости щ После уплот-
нения нагрузкой р высота столбика будет равна h', коэффициент
пористости е2, а величину осадки можно выразить как
S — h — h'.
(64 а)
Учитывая, что объем скелета грунта до уплотнения и после затуха-
ния осадки остается постоянным, можно записать
отсюда
Fh Fh'
1 +Е1 1 + Es ’
(64 б)
(64 в)
Рис 62 Схема сжатия слоя грунта при сплошной нагрузке:
а — схема действия сил, б — компрессионная кривая
Подставляя значение й'в выражение (а), после преобразований
получим
S = (64 г)
1 -|-Ei
Из закона уплотнения [формула (12)] следует, что
61 —еа = ар (64 д)
и, следовательно,
S=h~^-P- (64 е)
1 ~Ге1
Величина -р-^— называется коэффициентом относительной
1 1 £1
сжимаемости грунта а0. Вводя его в выражение (е), получим фор-
мулу осадки
S = haop.
Согласно формуле (19), модуль деформации Ео равен
г ₽ ₽
£о = -у- или й0 = -р~,
ао £©
ПО
отсюда
ph?
Ес'
(65)
Сь а/г а
Рис 63 Схема фундамента
ЫН
L Рк’-опЧ

Из формул (64), (65) видно, что осадка слоя грунта зависит от ве-
личины нагрузки р, высоты
слоя h и сжимаемости грун-
та (£0ао). Определять осадку
по формуле (65) допускается
только в случае, когда в осно-
вании залегает практически
несжимаемая порода на глу-
бине меньше половины ши-
рины фундамента (h==c0,5 b)
(рис. 63), что обычно бывает
при расчете фундаментов боль-
шой ширины и наличии в основании несжимаемого слоя. Давле-
ние р принимается равным рос по формуле (53).
МЕТОД ПОСЛОЙНОГО ЭЛЕМЕНТАРНОГО СУММИРОВАНИЯ
Выше был рассмотрен случай, когда основание состоит из одного
слоя грунта, подстилающегося скалой (рис. 63). Эпюра давлений
в этом случае постоянная по глубине. На практике чаще всего
приходится встречаться с неоднородным основанием, мощность
которого значительна. Так как величина давлений с глубиной
уменьшается, для определения осадки применяется метод послой-
ного суммирования, в основу которого положены следующие до-
пущения.
1. Принимается, что осадка происходит только после приложе-
ния дополнительных давлений, возникающих в грунте от нагрузки
сооружения сверх природного (или бытового) давления от собствен-
ного веса вышележащего грунта.
2. Считается, что осадка происходит только за счет деформации
грунта в пределах некоторой толщи ограниченной мощности, рас-
положенной под подошвой фундамента Этот слой грунта называется
сжимаемой толщей (рис. 64). Нижняя граница сжимаемой толщи
принимается на той глубине hc от подошвы фундамента, на которой
дополнительное давление составляет 20% от природного (с точностью
до ± 0,05 кг/см2).
3. Распределение давлений в грунте от сооружения принимается
в соответствии с формулой, полученной на основе рассмотрения
грунта как линейно-деформируемого тела.
“~47"Поскольку дополнительное давление в грунте от сооружения
в пределах сжимаемой толщи непостоянно, а уменьшается с возрас-
танием глубины, то для определения осадок сжимаемая толща
разбивается на отдельные слои толщиной, равной 0,4 ширины
подошвы фундамента. Давление р, в пределах каждого слоя ht
Ш
принимается равным полусумме давлений на верхней и нижней гра-
ницах рассматриваемого слоя.
5. Принимается, что деформация сжатия каждого слоя толщиной
ht происходит при отсутствии бокового расширения и выражается
формулой, полученной из выражения (65), т. е.:
Рис. 64. Схема расчета осадки по методу элементарного сум-
мирования:
/ — уровень грунтовых вод; 2 — нижняя граница сжимаемой толщи;
3, 4, 5 — эпюры природного п дополнительного давления ,
где ei — относительная деформация сжатия слоя;
Eoi— модуль общей деформации слоя, равный Eoi = — -,
aoi
aoi — приведенный коэффициент сжимаемости;
Pt — среднее давление в пределах слоя;
Р,- — переходный коэффициент, определяемый по формуле (17).
В СНиП этот коэффициент принимается равным 0,8 независимо
от вида грунта.
В пределах всей сжимаемой толщи осадка складывается из оса-
док отдельных слоев с различными модулями деформации Eoi.
Суммарна^ осадка равна:
1=П
(66)
0
-Е
где п — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща.
Формулы (65) и (66) позволяют получить величину осадки без
бокового расширения грунта в стороны, так как коэффициент р со-
кращается.
Н2
МЕТОД ЭКВИВАЛЕНТНОГО СЛОЯ
Метод эквивалентного слоя позволяет определять осадку с уче-
том ограниченного бокового расширения.
Эквивалентным слоем * называется такая толща грунта hs,
которая в условиях невозможности бокового расширения (при за-
гружении всей поверхности равномерно-распределенной нагрузкой)
дает осадку, равную по величине осадке фундамента, имеющего
конечные размеры. Мощность эквивалентного слоя будет зависеть
от коэффициента бокового расширения, формы фундамента в плане
и его ширины. Для ее определения получена формула
hs = A(ub,
(67)
где А — —коэффициент, зависящий от вида грунта;
значение р принимается в соответствии
с табл. 7 **;
to — коэффициент, зависящий от жесткости и формы
фундамента, определяемый по табл. 25;
h — ширина фундамента.
ТАБЛИЦА 25
Значения коэффициента to
Значение коэффициента о
Форма площади
под центром под углом
фундамента фундамента
Гибкий прямоугольник с со-
отношением сторон, рав-
ным: , 1 1,12 0,56
2 1'53 0,78
3 1,78 0,89
5 2,10 1,01
10 (ленточный) 2,53 1,22
10 (гибкий) 1,0
Круг жесткий 0,79
•> Криволинейная эпюра распределения давления в основании
в этом методе с достаточной для практики точностью заменяется
прямоугольной с высотой Н = 2hs, где Н — мощность сжимаемой
толщи. Осадка однородного слоя грунта будет равна:
S = hsaopoc, (68)
* Понятие «эквивалентного слоя» и этот метод предложены проф. Н. А. Цы-
товичем.
* * В случае слоистых напластований значение pi принимается как среднее.
из
где рос — осадочное (дополнительное) давление, кг!см2\
ао — приведенный коэффициент сжимаемости.
Если основание неоднородное, то величина осадки опре-
деляется по формуле
Рис. 65. Схема расчета по методу
эквивалентного слоя
S — ns О-от Рос» (69)
где аот — осредненный коэффи-
циент относительной
сжимаемости, учитываю-
щий свойства всех грун-
тов, находящихся в пре-
делах сжимаемой толщи
(рис. 65).
Значение аот определяется по
формуле
п
2Х a°l zi
^om= 2^ » (70)
где h, — толщина отдельных слоев грунта, м\
aoi — коэффициент относительной сжимаемости отдельных
слоев;
г, — расстояние от середины слоя до нижней границы сжимае-
мой толщи на глубине И = 2hs, м.
Рис 66 Графики для определения коэффициента £г:
а — для квадратных фундаментов, б — для прямоугольных
Осадки отдельных фундаментов рекомендуется определять с уче-
том влияния нагрузок от соседних фундаментов в тех случаях,
когда имеет место условие
(71)
114
где £ф — фактическое расстояние между осями фундаментов, см\
L? — расстояние (см), получаемое по графикам на рис. 66
в зависимости от ширины фундамента и действующего
по его подошве давления р, кг/см2\
Кг — коэффициент, определяемый по формуле:
/<г = ^(в-1Оо)+1, (72)
где 0,6 — коэффициент, имеющий размерность, смЧкг\
b — ширина подошвы фундамента, см\
Е — модуль деформации грунта, принимаемый средним в пре-
делах сжимаемой толщи, кг!см\
Осадка основания с течением времени
Нагрузка передается основанию в процессе возведения сооруже-
ния и постепенно увеличивается, при этом возрастает и осадка
основания.
По окончании строительства при постоянной нагрузке основания
прирост осадок с течением времени уменьшается подобно тому,
как это показано на графиках осадки во времени (см. рис. 9, в),
и осадка затухает.
В песчаных и крупнообломочных грунтах осадки в процессе
возведения сооружения нарастают быстро и практически закан-
чиваются во время строительства, не отражаясь на дальнейшей
службе сооружения.
В глинистых грунтах рост осадки основания — более длитель-
ный процесс, продолжающийся иногда годами. В отдельных случаях
неравномерное затухание осадки может привести к недопустимым
деформациям эксплуатируемого сооружения.
Расчет осадки основания во времени производится в предположе-
нии, что осадка связана с процессом фильтрации воды, находящейся
в порах грунта и вытесняемой из них давлением от сооружения.
Давление от сооружения сначала передается на воду. По мере
вытеснения воды из пор давление все больше и больше передается
на твердые частицы грунта, вызывая при этом постепенное его уплот-
нение. Чем меньше фильтрующая способность грунта, тем медлен-
нее идет процесс уплотнения. Поэтому эпюра осадочных давлений
будет нарастать постепенно, пока не будет соответствовать по своей
величине эпюре в момент окончания осадки.
Так как площадь эпюры осадочных давлений пропорциональна
осадке, то можно принять, что
St = QS, (73)
где S/ — осадка за некоторый промежуток времени t (доля осадки);
Q — степень осадки, т. е. отношение площади эпюры осадоч-
ных давлений в некоторый момент времени t к площади
стабилизированной эпюры;
S — полная осадка.
115
Для получения решения, определяющего время t, используется
два закона механики грунтов: закон уплотнения и закон ламинар-
ной фильтрации (см. § 8).
Формула для определения времени t имеет следующий вид
(74)
, Л
где /10 = -т—--приведенное значение толщины слоя;
1 -ге
Cv—коэффициент консолидации (уплотнения), равный
г _ Лф _/Сф(1+е).
«о Тв 7в
7V — коэффициент, определяемый по табл. 26 в зави-
симости от степени осадки Q и характера фильт-
рации;
Дф — коэффициент фильтрации;
е — коэффициент пористости;
ув — объемный вес воды, равный 1 г/слг3 - 0,001 кг!см2.
ТАБЛИЦА 26
Значения N для вычисления осадок грунта как функции времени
<2 Величины N для случаев а Величины N для случаев
0 1 ” 2 0 1 * 2
0,05 0,005 0,06 0,002 0,55 0,59 0,84 0,32
0,10 0,02 0,12 0,005 0,60 0,71 0,95 0,42
0,15 0,04 0,18 0,01 0,65 0,84 1,10 0,54
0,20 0,08 0,25 0,02 0,70 1,00 1,24 0,69
0,25 0,12 0,31 0,04 0,75 1,18 1,42 0,88
0,30 0,17 0,39 0,06 0,80 1,40 1,64 1,08
0,35 0,24 0,47 0,09 0,85 ' 1,69 1,93 1,36
0,40 0,31 0,55 0,13 0,90 2,09 2,35 1,77
0,45 0,39 0,63 0,18 0,95 2,80 3,17 2,54
0,50 0,49 0,73 0,24 1,00 СО СО СО
Случай 1 соответствует осадочному давлению от
собственного веса грунта
Значение коэффициента консолидации определяется по формуле
С==МДД). (75)
а Кв ' '
При определении W возможны следующие основные варианты
(рис. 67):
а) ниже эпюры осадочных давлений залегает водонепроницае-
мый слой, фильтрация воды происходит только вверх. Значения N
определяются по случаю 2;
б) эпюры осадочных давлений находятся в водопроницаемом
слое, фильтрация воды происходит вверх и вниз. Коэффициенты W
определяются по случаю 0.
116 -ч
Задаваясь различными значениями степени осадки Q (обычно
через 0,1), можно определить частичную осадку и время, за которое
произошла эта осадка. По этим данным строится график зависимости
осадки от времени, который показан на рис. 68. Из графика видно,
Рис 67 Расчетные схемы фильтрации:
а — фильтрация в одну сторону, б — фильтрация в две
стороны
что осадка песчаных оснований протекает очень быстро, практи-
Рис. 68 Графики затухания осадки во вре-
мени
чески в процессе строительства, а глинистых грунтов очень долго,
в течение нескольких лет, а иногда и десятков лет.
На рис. 69 показаны напряжения, возникающие в основании
главного здания Московского государственного университета.
Для него были подсчитаны
величины осадок, а затем
проводились наблюдения
за осадками здания в тече-
ние ряда лет. Величины
фактических осадок сов-
пали с расчетными.
Пример 22. Определить
вероятную осадку ленточ-
ного фундамента шириной
b = 1,0 м, заложенного на
глубине h = 3,0 м от естест-
венной поверхности Земли
и оказывающего на основание давление р = 2,5 кг/см2 (рис. 70).
Непосредственно под подошвой фундамента залегает слой мелкого
песка толщиной hr = 2,4 м с объемным весом у0 = 1,7 т/м2-, модуль
деформации ЕО1 — 150 кг!см2 и коэффициент Р = 0,8. Ниже залегает
песок пылеватый, заиленный, для которого у0 = 1,7 т/м3,
Дог — 70 кг/см2 и Р = 0,8.
Решение.
До разработки котлована на отметке подошвы фундамента дей-
ствовало природное (бытовое) давление рпр = yQh — 1,7 - 3 =
= 5,1 т!м2 — 0,51 кг/см2.
117
Рис. 69. Вертикальные давления под зданием Московского универ-
ситета
Давление от фундамента превышает природное давление на вели-
чину рос = р — рпр = 2,5 — 0,51 = 1,99 кг!см2.
Это дополнительное (к природному) давление передается на осно-
вание и распределяется в нем, вызывая деформацию слоев и осадку
поверхности основания.
Для определения мощности сжимаемой толщи и расчета осадок
основание разбивается на отдельные слои толщиной по /г, = 40 см,
что удовлетворяет условию ht 0,4 в. При этом граница между
слоями природного напластования совпадает с одной из границ
выделенных слоев.
' Бытовое давление на разных отметках вычисляется путем
сложения давлений отдельных слоев, считая от естественной поверх-
ности земли, т. е. по
формуле
# F Рпр = 2 Ь
Дополнительное дав-
ление находится по фор-
муле (47):
Риг = °- Рос —
= а(р —рпр) = 1,99а,
где а — коэффициент,
который нахо-
дится по табл.
’ 16 в зависимо-
сти от отноше-
ний
Рис 70 К примеру расчета осадок

Здесь г отсчитывается от подошвы фундамента вниз. Например,
природное давление на глубине г — 40 см от поверхности основа-
ния составляет рпр = у0 (^ + 2) = 1.7 (3 + 0,4) = 5,78 т!м2
«0,58 кг/см2, а дополнительное раг — а- 1,99 = 0,88-1,99 =
= 1,75 кг/см2.
Коэффициент а взят по табл. 16 при т = 2z = 2-0,4 — 0,8
и п = оо.
Дальнейшие вычисления сделаны в табличной форме (табл. 27).
Нижняя граница сжимаемой толщи принимается на глубине
he — 4,40 м от подошвы фундамента, так как здесь с точностью
до 0,03 кг/см2 удовлетворяется условие рдг = 0,28 кг/см2 « 0,2,
рпр = 0,2-1,26 = 0,252 кг!см2.
Нижняя граница сжимаемой толщи может быть определена
и графоаналитически. Для этого находится точка пересечения
119
Вычисление давлений для расчета осадок
ТАБЛИЦА 27
№ слоев Глубина подошвы СЛОЯ Z, см ^пр* кг/см? 2z b а кг/см? Среднее давление в слое р кг/см? Суммы средних давлении в р,
-— 0 0,51 0 1,09 1,99
1 40 0,58 0,8 0,88 1,75 1,88
2 80 0,65 1,6 0,64 1,28 1,52
3 120 0,71 2,4 0,48 0,96 1,12 6,63
4 160 0,78 3,2 0,37 0,74 0,86
5 200 0,85 4,0 0,30 0,60 0,68
6 240 0,92 4,8 0,26 0,52 0,57
7 280 0,99 5,6 0,23 0,46 0,48
8 320 1,06 6.4 0,19 0,38 0,41
9 360 1,12 7,2 0,18 0,36 0,37 1,90
10 400 1,20 8,0 0,16 0,32 0,34
11 440 1,26 8,8 0,14 0,28 0,30
эпюры дополнительных давлений с эпюрой бытовых давлений,
причем все ординаты последней эпюры уменьшаются в пять раз,
так как дополнительное давление должно здесь составлять 26%
от бытового.
В связи с тем, что мощности всех выделенных слоев одинаковы,
а по модулям деформации Ео и коэффициента ₽ слои можно раз-
делить на две группы, то подсчет осадок облегчается — постоян-
ные для нескольких слоев величины можно вывести в виде множите-
лей перед суммами.
Искомая осадка по формуле (66) будет равна:
<=п 6 п
^-«3+
i—1 1 7
+ ^57^’1-90=1’43+°>85 = 2’28 СМ-
В настоящее время разрабатываются практические методы рас-
чета осадок с учетом ползучести грунта.
ГЛАВА VI
ФУНДАМЕНТЫ
НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
§ 20. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
Глубина заложения фундаментов зависит от следующих основ-
ных факторов:
а) от нагрузки здания, его конструкции, наличия подвалов,
подземных устройств, соседних фундаментов;
б) от геологических и гидрогеологических условий строительной
площадки, т. е. от характера грунтов и наличия грунтовых вод;
в) от климатических условий района строительства (глубины
промерзания грунта и его пучения).
Глубина заложения фундаментов стен и колонн должна быть
не менее 0,5 м (для просадочных грунтов не менее 1 м) от поверх-
ности планировки участка постройки. Исключение допускается
для плотных невыветрившихся скальных грунтов, где фундаменты
могут быть заложены непосредственно на спланированной по-
верхности основания.
Влияние нагрузки здания и его конструкции
Чем больше нагрузка здания, тем обычно глубже приходится
закладывать фундамент. Например, для здания с нагрузкой, со-
средоточенной в отдельных узловых точках, потребуется большая
глубина заложения фундаментов. Тогда они делаются столбчатыми
вместо ленточных.
Если в здании имеются подвалы, глубина заложения фундамента
назначается обычно не менее чем на 0,5 м ниже уровня пола подвала.
Если отдельные фундаменты здания, расположенные близко
друг от друга, требуется закладывать на различную глубину, то
необходимо, чтобы угол наклона прямой ОК (рис. 71), проведенной
через наиболее близкие точки подошвы соседних фундаментов, был
меньше или равен углу внутреннего трения грунта. Если эти
условия не соблюдены, то необходимы особые мероприятия против
возможной осадки и выпирания грунта из-под менее заглубленного
121
фундамента, например, укрепление грунта. Это бывает нужно,
в частности, при заложении фундаментов промышленного здания,
так как для тяжелого оборудования иногда требуется более глубокое
заложение фундаментов, чем для
колонн здания.
Глубина заложения фундамен-
тов стен здания может различаться
Рис 71. Глубина заложения соседних
фундаментов здания-
— конструктивная глубина, — глубина,
обусловленная наличием соседнего фундамента
в зависимости, например, от уклона поверхности Земли или равной
несущей способности грунтов под отдельными частями здания.
В таких случаях в месте примыкания фундаментов надо довести
фундамент более мелкого заложения уступами до отметки зало-
жения глубокого фундамента. Примерный
размер уступов: высота — 0,5 л и длина —
1 м.
Влияние геологических
и гидрогеологических условий
строительной площадки
Геологические и гидрогеологические
условия строительной площадки могут быть
самыми разнообразными, но во всех случаях
подошву фундамента нужно размещать на
слое грунта, способном выдерживать на-
грузку от веса проектируемого здания или
сооружения.
Рис. 72 Геологический разрез строительной пло-
щадки:
/ — растительный грунт, 2 — пылеватый песок, 3 — су-
глинок с песчаными прослойками. 4 — пылеватый, сред-
ней плотности маловлажный, песок, 5 — то же, очень
влажный, плотный, 6 — глнна плотная, 7 — известняк.
Пусть, например, строительная площадка представляет собой
занесенное русло реки (староречье) (рис. 72). В таких местах сверху
залегают напластования грунтов, не выдерживающие значитель-
ных давлений.
В данном случае установлены следующие значения расчет-
ных сопротивлений:
122
I
!
I) для суглинка, природная влажность которого ниже границы
раскатывания, а коэффициент' пористости равен 1, нормативное
сопротивление 7?и = 2 кг/см2 (табл. 22);
2) для известняка нормативное сопротивление RH = 5 кг/см2.
Отсюда возможны два решения
а) основание на суглинке может быть устроено для большин-
ства гражданских и промышленных зданий, для которых 2 кг/см2 —
приемлемая величина нормативного сопротивления,
б) основание может быть устроено на известняке — на глу-
бине около 7,5 м с нормативным сопротивлением 5 кг/см2 — для
зданий и сооружений со значительной нагрузкой на основание.
Следует отметить важность сведений о глубине и режиме
грунтовых вод. При наличии высокого уровня грунтовых вод,
особенно при значительном их притоке, может быть целесообраз-
ным уменьшение глубины заложения фундамента с изменением
его конструкции.
Влияние промерзания грунтов
При промерзании грунта вода, заполняющая поры между час-
тицами, расширяется и деформирует грунт, выпучивая его кверху.
Если фундамент заложен на глубину, меньшую глубины про-
мерзания, то периодическое замерзание и оттаивание грунта
может служить причиной разрушения фундамента, а за ним и
кладки стен здания.
Особенно подвержены пучению суглинки и глины — мягко-
пластичные и текучие.
Подошву фундамента в этих случаях необходимо закладывать
не менее как на расчетную глубину промерзания. Это относится
и к супесям, кроме твердых.
Меньше подвергаются пучению мелкие и пылеватые пески,
твердые супеси. Поэтому для них в случае глубокого залегания
грунтовых вод глубина заложения фундамента может быть даже
меньше глубины промерзания.
На непучинистых грунтах — скальных, полускальных, крупно-
обломочных, на песках гравелистых, крупных, средней крупности —
глубина заложения фундамента назначается независимо от глу-
бины промерзания и залегания грунтовой воды.
Природная влажность грунта при этом тоже имеет значение,
так как она может вызвать пучение в водонасыщенном состоя-
нии. -
При проектировании фундаментов зданий и промышленных со-
оружений следует руководствоваться указаниями СНиП П-Б. 1—62,
которые в сокращенном виде приведены в табл. 28.
Грунтовое основание под фундаментами внутренних стен
отапливаемых зданий не промерзает, поэтому такие фундаменты
можно заложить выше расчетной глубины промерзания, если
основание в период строительства предохранено от промерзания.
123
Согласно п. 4.4 СНиП П-Б.1—62 расчетная глубина промерза-
ния определяется по формуле
Н = т(Нн, (76)
где Нн — нормативная глубина промерзания, м;
mt — коэффициент влияния теплового режима здания на про-
мерзание грунта у наружных стен.
ТАБЛИЦА 28
Глубина заложения фундаментов из условии возможности
пучения грунтов при промерзании
Виды грунтов Глубина от поверхности планировки до уровня грунтовых вод в период промерзания грунтов Глубина заложения фундамента о г поверхности планировки
Скальные и крупноблоч- ные грунты, гравели- стые, крупные и сред- ние пески Любое Не зависит от глубины промерзания
Пески мелкие и пылева- Большие глубины промер Независимо от глубины
тые, супеси твердые; су- зания на высоту калил- промерзания h > 0,5 м
глинки и глины с коней- лярного подъема воды Пластичные суглинки и
стенцией В sg 0,5 Нг. B 2s W + 2 м глины нужно защитить от увлажнения и про- мерзания в период строительства
Пески мелкие и пылева- тые; супеси, суглинки и глины Нт. в < В +- м Не менее расчетной глу- бины промерзания h~>H
Для регулярно отапливаемых зданий с расчетной температу-
рой воздуха в помещениях не ниже 10° С величина коэффициента
принимается:
При полах на грунте ..................... .... 0,7
» » на лагах по грунту.................0,8
» » на балках..........................0,9
Для прочих зданий.............................1,0
Нормативная глубина промерзания грунтов в разных рай-
онах СССР определяется под открытой, оголенной от снега по-
верхностью.
На рис. 73 показана схематическая карта СССР, на которой
нанесены линии ровной нормативной глубины промерзания грун-
тов в см. Для супесей и песков мелких и пылеватых нормативная
глубина промерзания увеличивается на 20%.
Нормативная глубина промерзания составляет: для Москвы —
140 см, для Ленинграда — 120 см, для Киева и Минска — 90 см,
для Новосибирска — 220 см.
124

§ 21. КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ
Виды фундаментов
По форме в плане фундаменты разделяются на следующие виды:
сплошные — в виде плиты или массива под всем зданием или
сооружением (рис. 74, а и рис. 76);
ленточные — под стены здания (рис. 74, б) или под ряд отдель-
ных опор
Рис 74. Виды фундаментов:
а — сплошной, б — ленточный, в — столбчатый, г — перекрестный, / — столб из
бетонных блоков, 2 — железобетонная фундаментная балка, 3 — кладка стены
столбчатые — в виде отдельных опор под стены или колонны
(рис. 74, в);
перекрестные — ленточные фундаменты, идущие в двух (обычно
взаимно перпендикулярных) направлениях (рис. 74, г).
По способу изготовления различают фундаменты:
сборные — монтируемые из отдельных железобетонных- или бе-
тонных блоков, изготовленных на заводах и полигонах и уклады-
ваемых при помощи подъемных механизмов (рис. 74, б);
монолитные — изготовленные на месте, например, из бутовой
кладки или бетона (рис. 75).
Материалами фундаментов могут быть железобетон, бетон, буто-
бетон, бутовая или кирпичная кладка, грунтобетон и дерево.
126
СПЛОШНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Фундаменты в виде сплошной подушки или плиты под всем зда-
нием (рис. 74, а) применяются в гражданском и промышленном
строительстве при больших нагрузках и относительно слабых грун-
тах основания.
Плита, распределяя нагрузку здания на большую площадь,
оказывает незначительное давление на основание и перераспре-
деляет его, выравнивая осадки.
Следует иметь в виду, что при неоднородных по сжимаемости
грунтах возможны неравномерные осадки, вызывающие пере-
косы фундаментной плиты.
Если плита не рассчитана на возникающие при этом усилия,
то во избежание недопустимых деформаций несущих конструк-
ций здания необходимо разделить осадочными швами плиту
и саму конструкцию здания на отдельные части, оседающие
равномерно.
Рис 75 Монолитные фундаменты:
а — из бутовой кладки, б — бетонный, е — железобетонный
Некоторые здания в различных городах Советского Союза
на площадках со слабыми грунтами покоятся на сплошных фун-
даментных плитах.
Для высотных зданий в Москве и Варшаве советские специа-
листы применили железобетонные фундаменты коробчатого типа,
* т. е. в виде пустотелой плиты, отсеки которой использованы под
служебные помещения.
Сплошные фундаментные плиты применяются при устройстве
водонепроницаемых полов подвалов зданий, расположенных ниже
> уровня грунтовых вод, а также для различных гидротехнических
сооружений — плотин, шлюзов, водоприемников, зданий гидро-
станций, насосных станций, резервуаров и т. д.
Деревянный ростверк, описанный ниже, также представляет
\ собой сплошную плиту, устраиваемую в условиях водонасыщен-
\ ного слабого грунта.
127
В настоящее время сплошные фундаментные плиты обычно
устраивают из железобетона с ребрами, расположенными под сте-
нами здания, или безбалочные.
Сплошные массивные фундаменты устраивают также под от-
дельные тяжелые сооружения, например доменные печи, дымовые
Рис. 76. Массивные фундаменты опор моста:
(промежуточная опора: береговой устой)
трубы, водонапорные башни, опоры мостов и т. д. (рис. 76). Они
изготовляются из бетона, железобетона, бутобетона или бутовой
кладки.
Форма таких фундаментов в плане определяется формой самого
сооружения. При необходимости увеличить площадь подошвы фун-
дамента его делают с уступами.
ЛЕНТОЧНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Ленточные фундаменты (см. рис. 74, б) чаще всего применяются
для жилых и общественных зданий.
В многоэтажных зданиях ленточные фундаменты рекомендуется
применять при глубине заложения до 5 ж. При большем заглуб-
лении, когда приток грунтовой воды мал, переходят от ленточ-
ных к столбчатым фундаментам с фундаментными балками. Однако
для этого требуются соответствующие землеройные снаряды, чтобы
механизировать выемку грунта под отдельные фундаментные столбы.
Для малоэтажных зданий вопрос о заложении ленточных фун-
даментов в глинистых грунтах решается главным образом в зави-
симости от пучинистых свойств основания.
В пучинистых грунтах ленточные фундаменты заглубляются
до расчетной глубины промерзания, но кладка на растворе может
быть выведена лишь в верхней (0,5 м) части фундамента, а ниже
устраивается уплотненная песчаная, гравийная или щебеночная
128
подушка. Скапливающуюся у песчаной подушки воду при подсти-
лающем водонепроницаемом грунте нужно обязательно отводить
дренажом.
Следует отметить, что устройство таких подушек допустимо
лишь при статической нагрузке на фундаменты.
При передаче на подушку через фундамент ударных и виб-
рационных воздействий (в одноэтажных промышленных зданиях)
засыпка подушки может постепенно самоуплотниться, и это
приводит к недопустимым осадкам вышележащей конструкции
здания.
В настоящее время здания в Москве, Ленинграде и других го-
родах страны возводятся на сборных фундаментах из заранее
заготовленных элементов.
Сборные фундаменты на
15—20% дешевле монолит-
ных, трудовых затрат на
них требуется в 3—4 раза
меньше. Подвальные поме-
щения можно увеличить за
счет меньшего объема са-
мого фундамента. Кроме
того, облегчается работа
при низких температурах.
При этом особенно суще-
ственно то, что после ук-
ладки заранее заготовлен-
ных фундаментных блоков
можно производить немед-
ленную кладку вышеле-
жащих • стен, не дожида-
Рис. 77. Перевязка стеновых блоков:
i — тротуар или отмостка; 2 — кирпичная стена
3 — фундаментные стеновые блоки; 4 — бетон.
5 — металлическая сетка; 6 — фундаментные
блокн-подушки, 7 — подушка из тощего бетона,
h — высота блока-подушки, hc — высота стено-
вого блока; Вс — ширина стенового блока
ясь твердения фундамента.
Монолитные фундаменты разрешается устраивать лишь при
отсутствии на месте типовых блоков, выпускаемых промышлен-
ностью, и под индивидуальные жилые дома.
Основными элементами сборных фундаментов (рис. 77, 78) яв-
ляются блоки-подушки и стеновые блоки. В последнее время стали
применять панели, из которых можно сразу собирать фундаментную
стену на всю ее высоту (рис. 78, в). Однако панели значительно
более чувствительны к неравномерным осадкам основания.
Блоки-подушки обычно имеют трапециевидную форму попереч-
ного сечения. Их укладывают сплошной лентой (рис. 78, а) или
на некотором расстоянии один от другого с заполнением проме-
жутков плотно утрамбованным любым местным грунтом (преры-
вистый фундамент, рис. 78, б).
Применение прерывистых фундаментов дает возможность об-
легчить укладку блоков и уменьшить трудовые затраты на их
монтаж ввиду уменьшения общего числа требуемых элементов.
Ввиду этого под стены здания рекомендуется применять преры-
вистые фундаменты.
5 Зак. 143
129
При подборе железобетонных блоков-подушек для прерывистого
фундамента и определении расстояния между блоками допускается
превышать нормативное сопротивление на 20—25%.
Весьма экономичными, но более сложными в изготовлении
оказываются ребристые и решетчатые блоки (рис. 78, г, д),
Рис. 78. Сборные фундаменты:
1 — фундаментные блоки; 2,3 — стеновые блоки; а — ленточный;
б — прерывистый; е — панельный; г — ребристый блок-подушка; д —
решетчатый; е — тонкостенный блок-панель; ж — блок-рама
а также тонкостенные, объединяющие башмак и стену фундамента
(рис. 78, е, ж).
Блоки-подушки и стеновые блоки монтируют с перевязкой швов
на цементном растворе (рис. 79).
Блоки-подушки можно укладывать на выровненную поверх-
ность основания, а в случае связных или слабых песчаных грунтов—
на песчаную подготовку толщиной до 10—15 см.
Если из-за сильной сжимаемости или неоднородности грунта
возможна неравномерная осадка основания, по верху блоков-по-
130
душек устраивают армированные швы (см. рис. 79), а поверх послед-
него ряда фундаментных стеновых блоков — армированный пояс
по всему периметру.
В табл. 29 приведены размеры основных типовых фундамент-
ных железобетонных блоков. В табл. 30 — размеры стеновых
блоков.
Благоприятные грунтовые условия, характеризующиеся высо-
кими нормативными давлениями грунта основания, позволяют
Рис. 79. Элементы сборных фундаментов:
а — фундамент под наружную стену; б — под внутреи-
ние стены; 1 —- блоки-подушки; 2 — участки, бетони-
руемые на месте; 3 — армированные швы; 4, 5 — блоки
стен
i делать боковые грани массивных ленточных фундаментов вертн-
кальными. В этом случае ширину ленточных фундаментов, как
t правило, принимают не менее 50 см.
; Ширину массивного ленточного фундамента поверху делают
। несколько больше (примерно на 10 см) толщины стены, располо-
м женной выше.
Г Размеры подошвы фундамента связаны с нормативным дав'ле-
! нпем грунта: с уменьшением нормативного давления увеличивается
! ширина ленточного фундамента.
К Верхний размер фундамента зависит от сопротивления каменной
р кладки, нижний — от сопротивления грунта. Высоту фундамента
( определяют, исходя из следующих соображений. Под действием
: реакции грунта (рис. 80, а, б) треугольные выступы трапеции
i АА'С и ВВ'Д могут отломиться от прямоугольной части фундамента
i и тем скорее, чем значиельнее выступы СА' = В'Ц = ак.
! б*
131
Фундаментные блоки
ТАБЛИЦА 29
Марка изделия Эскиз Размеры, мм. Объем бетона, м* Вес, т Марка бетона Нормативное сопротивле- ние грунта Вылет консоли, см Расход арматуры на 1 м3 бетона
1 Ь h
Ф-32 780 3200 500 1,08 2,7 150 1,5 150 23,60
С 2,0 131
s'"
ь 2,3 105

Ф-28 780 2800 500 0,93 2,32 150 1,5 130 17,55
2,0 111
2,5 100
Ф-24 780 2400 500 1,17 2,92 150 1,5 но 17,85 \
"к , А" 2,0 102
2,5 91
ь
3,0 84
Продолжение табл 29
Марка изделия Эскиз Размеры, мМ Объем бетона, ж3 Вес, т Марка бетона Нормативное сопротивле- ние грунта В ыл ет консоли, см Расход арматуры на 1 м3 бетона
1 Ь h
Ф-20 580 2000 300 0,88 2,20 150 2,0 87 38,0
2,5 80
3,0 71
3,5 61
Ф-16 <4 1980 1600 300 0,86 2,15 150 2,0 65 18,2
2,5 55
b 3,0 50
3,5 47
Ф-14 2380 1400 300 0,93 2,32 150 2,0 50 12,47
с 2,5 45
3,0 41
. ь
3,5 38
Продолжение табл. 29
Марка изделия Эскиз Размеры, л<л« Объем бетона, Л4* Вес, т Марка бетона Нормативное сопротивле- ние грунта Вылет консоли С W Расход арматуры на 1 ж* бетона
7 Ь h
Ф-12 1380 1200 300 0,46 1,15 150 2,0 46 14,16
<5 1 11 ь 2,5 42
3,0 38
3,5 32
Ф-7-22 2180 700 300 0,457 1,14 200 - 11,0
ф-12-24 2380 1200 300 0,785 1,96 200 - 34,30
Ф-7-28 ~h ~l 2780 700 300 0,584 1,46 200 — — 42,50
Ф-12 2780 1200 300 0,92 2,30 150 — — 11,8
ФП-16 1600 1600 300 0,77 1,92 200 2,5 70 31,8
3,0 62
3,5 56
ФП-20 'а 2000 2000 300 , 1,2 3,0 300 j 38,2
ФТ-24 240 80 600 0,93 0,32 200 7,5 95 41,5
3,0 87
3,5 81
Бк-1 Бк-2 780 1180 780 1180 580 1 530 0,278 0,73 0,69 1,83 200 200 6,4 11,2
ТАБЛИЦА 30
Стеновые блоки фундаментов
Марка изделия Эскиз Размеры, мм Объем бетона, ж3 Вес, т Марка бетона Вес металла на блок, кг Каталог или альбом рабочих чертежей
1 ь ft
СБ-4-24 2380 380 580 0,512 1,13 100 1,60 НК-75 НК-33-01
СБ-4-4 380 380 580 0,070 0,157 100 0,80

СБ-5-24 2380 500 580 0,669 1,47 100 1,61 НК-75д
СБ-5-4 380 500 580 0,089 0,222 100 0,80 НК-60-10 (2-я редакция)
СБ-4-12 / с 1180 380 580 0,26 0,57 100 4,44 НК-60-10 (2-я редакция)
СБ 5-12 1180 500 580 0,32 0,74 100 3,47
СБ-6 12 1180 580 580 0,40 0,87 100 4,55
СБ-8-4 380 780 580 0,14 0,32 100 6,20
СБ-8-24 2380 780 580 1,04 2,40 100 3,24
СБ-6-4 i 380 580 580 0,11 0,25 100 5,10 НК-75 НК-60-10 (2 я редакция)
СБ-6-24 2380 580 580 0,78 1,80 100 3,20
При изгибе и отрыве треугольников АА'С и ВВ’Д в материале
фундамента возникает растяжение и скалывание.
Слабее всего сопротивляется изгибу бутовая кладка. Прочнее ее
бетон; бутобетон занимает промежуточное положение; железобетон
хорошо работает на изгиб и растяжение.
Отсюда следует различное соотношение между высотой трапеции
и длиной выступа ак в фундаментах из бута, бутобетона и бетона
разных марок.
Для ленточных фундаментов из бутовой кладки и бутобетона
можно принять отношение h : ак в пределах от 1,25 до 2 в зависи-
мости от давления на грунт и марки раствора или бетона, а для
ленточных фундаментов из бетона — в пределах от 1,35 до 1,75 *.
Рис 80 К расчету ленточных фундаментов:
а — расчетная схема железобетонного фундамента, б — то же, массивного, в —
сравнение поперечных сечений фундаментов при одной и той же ширине подошвы,
1 — железобетонный, 2 — бетонный. 3 — бутовый
Сравнительное соотношение размеров' бутового, бетонного и же-
лезобетонного фундаментов при одинаковых нагрузках и грунтовых
условиях, определяющих одинаковую величину ширины подошвы
фундамента, показано на рис. 80, в.
Острый угол трапеции у основания фундамента недопустим.
Кроме того, устройство наклонных боковых поверхностей затруд-
нительно, поэтому они делаются ступенчатыми (см. рис. 80, в),
что удобнее для производства кладки, особенно бутовой.
СТОЛБЧАТЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Столбчатые фундаменты устраивают под отдельные опоры зданий
(колонны, стойки), а если грунт, способный служить основанием,
залегает на большой глубине от поверхности земли,— то и под
стены. В последнем случае до бснования доводятся отдельные
столбы, а кирпичные стены (рис. 81) возводятся по железобетонным
* Подробнее см Строительные нормы и правила проектирования каменных
армокаменных конструкций (СНИП П-В 2—62) и Нормы и технические условия
проектирования бетонных и железобетонных конструкций (СНиП П-В 2—62).
136
фундаментным балкам (рандбалкам), уложенным по столбам на
40—50 см ниже спланированной поверхности земли, а при наличии
подвала — на 15—20 см ниже пола подвала. Под крупнопанельные
стены не требуется укладывать фундаментные балки, так как они
являются самонесущими.
Столбчатые фундаменты под стены можно также применять
в тех случаях, когда при устройстве ленточного фундамента недо-
используется несущая способность основания (например, когда
нормативное давление грунта значительно больше давления лен-
точного фундамента на основание).
Столбчатые фундаменты располагают в местах сосредоточения
нагрузок: под стойками каркаса, под всеми углами здания, в местах
Рис 81 Столбчатые
фундаменты с железо
бетонными фундамент-
ными блоками
Рис 82 Утепление подполья:
1 — битум, 2 — глина, 3 — песчаная
подушка (в пучинистых грунтах), 4 —
осмоленные горбыли, 5 — шлак
пересечения стен и в простенках. Расстояние между осями фунда-
ментных столбов принимается от 2,0 до 6,0 м.
С увеличением глубины заложения фундаментов целесообразно
фундаментные столбы устанавливать реже, усиливая одновременно
фундаментные балки. Однако надо учитывать, что последние не
защищают пол первого этажа и наружные стены от зимнего охлаж-
дения. Для утепления делается специальная засыпка. На рис. 82
показан пример такого утепления.
Фундаменты под выступающие легкие части зданий — под там-
буры, крыльца, наружные входы в подвалы — целесообразно от-
делить от самого здания ввиду возможной разницы в осадке лег-
кой пристройки и самого здания (рис. 83).
Столбчатые фундаменты под отдельные опоры зданий (колонны,
стойки) устраивают из бута, бутобетона, бетона и железобетона
ступенчатые или пирамидальные (рис. 75, 84).
При центральной нагрузке, когда равнодействующая всех сил
проходит по оси колонны, фундаменту придают в плане квадратное
137
сечение. От такой формы сечения приходится иногда отступать,
если поблизости имеются другие фундаменты или подземные со-
оружения, и если поперечное сечение поддерживаемой колонны
не имеет формы квадрата. При внецентральной нагрузке фундамен-
там придается в плане прямоугольное очертание.
Рис 83 Входное крыльцо здания-
/ — железобетонные фундаментные стен ни,
2 — ступени
Рис 84 Фундаменты колонн
1 — стена здания, 2 — железобетонная
рандбалка, 3 — столб 4 — фундаментные
блоки, 5 — железобетонный башмак
Железобетонные фундаменты в настоящее время признаны ос-
новным видом фундаментов под колонны зданий. Они имеют мень-
шую высоту, чем бутовые, бутобетонные и бетонные, что особенно
важно в тех случаях, когда более глубокое заложение фундамента
затруднено из-за грунтовой воды в основании.
Рис 85 Типы сборных фундаментов под колонны-
в — составном фундамент из нескольких элементов, б — одноблочный ребристый
фундамент, в — фундамент с ребристым башмаком и плитой
Столбчатые сборные фундаменты состоят из подколенника или
башмака стаканного типа и колонны, закрепляемой в гнезде ста-
кана путем заполнения зазора бетоном марки 200 на мелком гравии.
Для увеличения опорной площади подошвы фундамента баш-
маки устанавливаются на фундаментных плитах.
В табл. 29 приведены размеры фундаментных плит.
138
Вместо фундаментных плит для колонн можно также использо-
вать обычные блоки-подушки ленточных фундаментов, уложенные
в несколько рядов по высоте на растворе (рис. 85, а).
В конструкциях промышленных зданий фундамент стаканного
типа (рис. 84) под столбы или колонны является наиболее целесо-
образным типом фундамента. Однако даже при средних нагрузках
такие фундаменты бывают весьма тяжелыми и установка их на осно-
вание затруднительна. Поэтому сборные фундаменты весом более
10 т целесообразно составлять из нескольких элементов — стакана
и отдельных плит, расположенных в один-два ряда по высоте
(рис. 85, а) или принять облегченные типы блоков (рис. 85, б, в) *.
ФУНДАМЕНТЫ КРУПНОПАНЕЛЬНЫХ ЗДАНИЙ
В последние годы в строительстве получили широкое применение
крупнопанельные здания. При проектировании фундаментов необ-
ходимо учитывать особенности крупнопанельных зданий:
1) большую чувствительность к неравномерным осадкам вслед-
ствие неравнопрочности панелей и стыков между ними,
2) быстрые темпы возведения зданий, вследствие чего основная
часть осадки проходит уже в послемонтажный период;
3) необходимость индустриализации конструкций фундаментов
и укорочение сроков проведения работ нулевого цикла.
В настоящее время разработан ряд типовых проектов фунда-
ментов крупнопанельных зданий, некоторые из которых показаны
на рис. 86.
Для крупнопанельных 12—17-этажных зданий, которые пере-
дают на фундаменты большие нагрузки, устраиваются или сплошные
железобетонные плиты, или свайные фундаменты (см. гл. IX).
ФУНДАМЕНТЫ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ
Конструкция столбчатого сборного фундамента малоэтажных
зданий изображена на рис. 87.
Предложенная А. С. Некрасовым конструкция сборных ароч-
ных, бетонных фундаментов для массового малоэтажного строи-
тельства, показана на рис. 88.
Нагрузка от здания передается на грунт через столбы-опоры
из сборных железобетонных блоков. Промежуток между опорами
перекрывается пологими арками пролетом от 2 до 6 м, со стрелой
подъема от 1/в до 1/10 пролета, из тонкостенных бетонных блоков
коробчатой формы. Арки в зависимости от ширины стены соби-
раются в одну или две ветви.
Вес блоков не превышает 80 кг, что облегчает монтаж фун-
даментов.
* Размеры типовых сборных блоков стаканного типа приведены в «Справоч-
нике проектировщика» Основания и фундаменты.
139
CO
d.
ЕЙ
1

Опорные подушки арок укладываются непосредственно на грунт
или подушку из песка или бетона.
Для блоков из бетона марки 100--150 не требуется арматура.
Изготовление их можно организовать непосредственно на строи-
тельной плошадке или на лолигонах.
Применение арочных фундаментов вместо ленточных из бутового
камня сокращает трудовые затраты в 2,5—3 раза. Вес транспор-
тируемых материалов уменьшается в 4—5 раз, стоимость фунда-
ментов снижается в 2—2,5 раза, а в целом малоэтажное строи-
тельство удешевляется на 5—7%.
из грунта 5 — опорные блоки, 6 — песчаная подушка 7 —
цоколь из подручных материалов, 8 — бетон
Фундаменты временных и деревянных зданий можно устраивать
из дерева: а) в виде стульев или коротких сваек (рис 89, а, в),
б) в виде ростверка (рис. 89, б).
Деревянные стулья устанавливаются на деревянные подкладки
или отдельные постелистые камни.
Не защищенный от гниения деревянный (сосновый) фундамент
(стул) диаметром около 26 см служит в глинистом грунте до 3—5 лет.
Антисептирование дерева увеличивает срок службы фундамента
до 10—15 лет и более. Простым эффективным способом увеличения
срока службы стульев является предварительный обжиг их с по-
следующей осмолкой.
В случае, когда стулья находятся ниже уровня грунтовой воды,
дерево может служить неопределенно долго.
Стены опираются на ростверк, который представляет собой до-
щатый или бревенчатый настил на соединенных врубками попереч-
ных и продольных бревнах, промежутки между которыми запол-
нены камнем, щебнем или бетоном
На рис. 90 показаны конструкции ленточных бутовых фун-
даментов.
141
При отсутствии на месте песка, бута и гравия для малоэтаж-
ных зданий (до 3—4 этажей) можно устраивать фундаменты из
цементно-грунтовых смесей. Наиболее пригодны для этих целей
лёссовые грунты, лёссовидные суглинки и супеси.
# А -А
Рис. 89. Фундаменты из дерева:
а, в — стулья; б — ростверк
а) 6)
Рис. 90. Конструкции ленточных фундаментов:
а — наружных; б — внутренних
По гранулометрическому составу пригодными считаются грунты,
содержащие не больше 30% частиц мельче 0,005'дш, от 15 до 90%
частиц 0,05—0,005 мм и не более 75% частиц 0,05—2 мм.
142
Естественный состав грунта можно улучшить добавлением к нему
песка или глийы. Для обогащения смеси применяется портланд-
цемент или шлакопортландцемент не ниже марки 300 в количестве
9—12 % от веса сухого грунта, а вода 16—22% от веса сухой смеси.
После подсушивания и измельчения грунта (если это необхо-
димо) производится приготовление смеси. Для этого можно исполь-
зовать обычные бетономешалки или специальные смесители. Готовую
смесь укладывают слоями толщиной 20—25 см до получения сплош-
ной монолитной массы с глянцевитой поверхностью.
§ 22. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ПОДОШВЫ
ФУНДАМЕНТОВ
Следует' иметь в виду, что размеры подошвы фундамента, т. е.
ширину блоков и величину промежутков между ними нужно опре-
делять из расчета по нормативным нагрузкам, а расчет самих блоков
как элемент железобетонных конструкций — по расчетным на-
грузкам.
Ширина фундаментов определяется в зависимости от величины
нагрузки и характера ее приложения, от глубины заложения и нор-
мативного давления грунта Дн. Для определения предварительных
размеров подошвы фундаментов, а также при расчете фундамен-
тов III и IV классов величина нормативного давления вычис-
ляется. по таблицам СНиП П-Б. I—62. Окончательные размеры
определяются с учетом нормативного давления, вычисляемого
по формулам (62) или (63).
При действии центральной нагрузки
На рис. 91 показана схема нагрузок, действующих на фунда-
мент. Из условия равновесия сил получаем равенство:
NH + Q = 10ДнД
где /Vй — центральная нагрузка, действующая
на фундамент, т или т/м\
Q — вес фундамента и грунта па его обре-
зах, т;
- F — искомая площадь фундамента, м"\
R" — нормативное давление грунта, опре-
деляемое по табл. 22;
10 — переводной коэффициент из кг/сл?
в т/м2.
(76а)
Рис. 91. Схема на-
грузок на фунда-
мент
Значение Q приближенно может быть выражено следующим
образом:
3 = /^* 7Ф р,
(766)
ИЗ
где hq — глубина заложения, >и;
Уф — объемный вес материала фундамента, т/м3-,
р — коэффициент, учитывающий различные величины объем-
ного веса материала фундамента и грунта, равный 0,85.
Подставив выражение (б) в уравнение (а), получим формулу
для определения площади подошвы фундамента, т. е.:
„ Л™
UWH Л ₽-• (77)
10/?н — Лф7ф₽ ' '
Ширина Ь определяется:
для ленточного фундамента b = F/\;
для квадратного Ъ —
для прямоугольного Ь — ]/Fn,
b ,
где п = -- — отношение ширины фундамента к его длине.
При действии внецеитральной нагрузки
Для внецентренно нагруженного фундамента площадь его опре-
деляется из уравнения 49:
_№+<? , М •
Рмакс — р ~1~ Ц7"
Подставляя значения
£ = Мф₽. W = b^, M = N«e,
получим:
1,2 10Л» = 7фЛф₽ + ^+^.
Для ленточного фундамента уравнение примет вид:
1,2- 10Дн — ТфМЬ2~ NHb — 6N"e=^. (77а)
Для прямоугольного фундамента, подставив а = b/п, получим:
(1,2- 10Дк—ТфЛфР) b3 — N" nb — 6п N"e=0.. (776)
Решая эти уравнения, получим значения размеров площади фун-
даментов.
Нормативные давления грунтов R" (табл. 22) даны для равно-
мерного распределенного давления от фундамента, а при неравно-
мерном его распределении — для среднего давления.-
В последнем случае наибольшее давление на грунт у края по-
дошвы фундамента не должно превосходить 1,2ДН, так как для
внецентренно загруженных фундаментов Дн разрешается увели-
чивать на 20%.
Для прямоугольного в плане внецентренно нагруженного фун-
дамента шириной b существует следующая зависимость между
144
наибольшим давлением р„екс у края подошвы фундамента и средним
давлением рср:
— i'i _i_6e\
Рынке -Pcpl 1т •
Для того чтобы рнакс = 1,2рСр эксцентриситет равнодействую-
щей всех сил, действующих на фундамент, должен быть равен:
e==(U-U))A =
и
При е < 0,0336 расчет может вестись по условию рср^ Дн, а при
е > 0,0336 — по условию рмакс < 1,2/?».
Для фундаментов жилых и общественных зданий величина е
обычно невелика, и последнее условие рмакс 1,2R", как правило,
не является определяющим.
На основании полученных величин размеров фундаментов про-
изводится подбор стандартных сборных железобетонных блоков
в соответствии с каталогом (табл. 27, 28) и проверка давлений
под подошвой фундаменте^. Окончательные размеры фундаментов
устанавливаются методом подбора или графическим методом проф.
Н. В. Лалетина.
Пример 23. Определить ширину ленточного фундамента. На-
грузка 40 т/м, глубина заложения йф = 2 м, нормативное давле-
ние грунта R" — 2,5 кг/см2, уф = 2,4 т/м2.
40
Ь = 107?”-тф Лф₽ = 10-2,5-2-2,4.0,85 = 1 -98 М'
По каталогу принимаем блоки Ф-200.
Пример 24. Определить размеры фундамента под колонну с вер-
тикальной нагрузкой 120 т и моментом 40 т/м. Глубина заложе-
ния йф = 2 м, нормативное давление Дн = 2,5 кг/см2, уф = 2,5 т/м*.
Решение.
Зададимся отношением п = 0,75. Подставим расчетные данные
в уравнение (776). Значение R" принимаем с коэффициентом 1,2.
(10-1,27?» — 6ФтФ0,85)63 — nN"b — n6N"e = 0,
(12-2,5 — 2-2,5-0,85)63 — 0,75-1206 — 0,75-6-40 = 0,
24,756s — 906 — 180 = 0.
Для определения 6 применяем графический способ решения урав-
нения. Для данного примера получаем 6 = 2,50 м.
2,50 о „о
О = ===- = 3,33 M.
V, / D ।
Принимаем по каталогу четыре фундаментных блока ФТ-24, блок
ФП-200 и башмак БК-1.
При решении графическим способом представляем уравнение в та-
ком виде
у = аха— Ьх—с.
Задаваясь значением х, определяем из уравнения значение у.
На графике при у = 0; х = 6.
145
§ 23. ОСАДОЧНЫЕ ШВЫ.
ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ И ЗДАНИЙ
Осадочные швы
Осадочные швы фундаментов и вышележащей конструкции зда-
ния делают на всю высоту, чтобы отдельные смежные части здания
могли смещаться друг относительно друга по вертикали.
Осадочные швы предусматриваются в следующих случаях:
1) при значительном различии несущей способности грунтов
(нормативных давлений) основания в пределах здания;
2) при различной этажности отдельных частей здания и в дру-
гих аналогичных случаях, вызывающих значительное изменение
нагрузки на основание под соседними частями здания;
мента здания до деформации, 3 — подошва
фундамента здания после деформации, 4 —
слабый грунт основания, 5 — плотный грунт
основания
Рис 93 Осадочный шов
а — в фундаменте, б —в стене
3) в случае резкого различия размеров фундаментов смежных
частей здания или глубины их заложения.
Кроме того, осадочные швы приходится устраивать при возве-
дении здания по частям и со значительными перерывами во времени.
Необходимость устройства швов вызывается в данном случае тем,
что интенсивность осадок у законченных и вновь возводимых частей
здания может резко отличаться друг от друга.
Из-за отсутствия осадочных швов в некоторых случаях могут
появиться трещины и другие нежелательные деформации (напри-
мер, резкие перекосы) в конструкции здания. Характер такой
деформации изображен на рис. 92. Осадочные швы необходимо
устраивать так, чтобы они не мешали свободному вертикальному
перемещению одной части здания относительно другой, но в то же
время они должны быть плотными для изоляции внутренних по-
мещений зданий от внешних, главным образом, атмосферных вли-
яний.
Пример устройства осадочного шва здания показан на рис. 93,
где прямой сквозной осадочный шов фундамента переходит в шпун-
товый паз стены. На рис. 93, а изображен горизонтальный разрез
1-16
фундамента с осадочным швом, заполненным прокладкой из про-
смоленного теса. По окончании кладки наружных стен подвала
ближайшие к наружной поверхности стены тесины вынимают,
а швы в этих местах заполняют водонепроницаемым материалом
(битумом, асфальтом и т. д.).
На рис. 93, б показан горизонтальный разрез стены, где оса-
дочному шву придано ломаное очертание. Примыкание сосед-
них участков стены устроено в шпунт, что улучшает изоляцион-
ные свойства шва; прокладка в шве сделана из двух слоев
толя.
l Для обеспечения устойчивости наземных частей здания, раз-
* деляемых осадочными швами, рекомендуется располагать швы в мес-
тах примыкания продольных стен к поперечным.
I' Причины сырости в зданиях
Соприкасаясь с фундаментами и стенами здания, вода проникает
в них, распространяется там вследствие пористости материала и раз-
рушает конструкции здания. Механическое выветривание вследствие
расширения воды при замерзании разрушает камень. Сырые стены,
разрушаясь, способствуют загнивайию деревянных и ржавлению
металлических частей-здания. С санитарной точки зрения сырые
стены зданий нарушают естественную вентиляцию жилых поме-
щений и отрицательно влияют на тепловой режим человеческого
организма.
'Причинами сырости зданий являются атмосферные осадки и вода,
f проникающая в конструкцию здания в результате дефектов кровли,
желобов, водосточных труб, а также водопроводных и канализа-
ционных труб внутри и снаружи здания. Сырость в помещениях
вызывает также конденсация водяных паров воздуха.
Указанные причины сырости во многом зависят от конструкции
надземных частей зданий и сооружений и потому в данном учеб-
нике не рассматриваются. Но причиной сырости в здании может
быть и влажность грунта основания. Здесь следует различать два
1 случая:
1) капиллярное поднятие грунтовой воды;
2) непосредственный напор ее.
Влияние этих факторов, заслуживающих особого рассмотрения,
$ можно легко устранить при постройке здания, тогда как в процессе
эксплуатации здания для уничтожения сырости требуются обычно
значительные расходы и сложные мероприятия.
В настоящее время применяется ряд способов для борьбы с грун-
тобой сыростью и водопроницаемостью фундаментов.
Для этого прежде всего необходимо обеспечить отвод поверх-
ностных вод от стен здания путем устройства вокруг него тротуаров
(или отмостки) и лотков.
Тротуары и отмостки делают шириной не менее 1 м с уклоном
0,02—0,05 от здания. По краю тротуара или отмостки делают лоток
147
для отвода воды в водосток или водосточную канаву. Продольный
уклон лотка 0,002—0,005.
Тротуары (отмостки) и лотки необходимо покрывать асфальтом,
бетоном или камнем, уложенным по щебню.
При водопроницаемых грунтах 'под подготовку должен быть
еще уложен слой жирной трамбованной глины толщиной не
менее 0,15 м.
Если уровень грунтовых вод расположен выше пола подвала,
то наиболее основательным средством борьбы с грунтовой сыростью
является устройство дренажа, т. е. системы закрытых каналов —
ние грунтового потока; 6 — смотро-
вые колодцы, 7 — водоносный грунт, 8 — водоупор, б — вертикальный раз-
рез фундамента и юловной дрены, 1 — дренажные керамические трубки
диаметром 150 мм, 2 — гравий, 3 — крупный песок, 4 — мелкий песок, 5 —
горизонтальный слои мха, 6 — засыпка котлована грунтом
дреп-осушптелей, укладываемых около здания или вокруг него для
перехвата грунтовой воды и понижения ее уровня (рис. 94). Дрены
прокладываются на 0,5 м ниже пола подвала. Сбор воды от дрен
и отведение ее в какой-либо водоем или водосток осуществляется
трубами-собирателями и отводными коллекторами.
В качестве дрен обычно применяются гончарные трубы диамет-
ром 10—30 см с отверстиями, а также деревянные трубы (сделанные
из трех досок) и фашины, т. е. связки хвороста или просто круп-
ный булыжник.
Дрены укладывают на выровненное дно траншеи и засыпают
слоем крупного песка пли гравия толщиной 0,5 м. Верхнюю часть
траншеи засыпают обыкновенным песком.
Дрены-осушители делают с уклоном 0,002—0,005, а трубы-со-
биратели и отводные коллекторы с уклоном 0,0005—0,0015.
В местах выхода дрен-осушителей в собиратели или собирателей
в коллекторы устраивают смотровые колодцы с крышками.
148
Гидроизоляция фундаментов
и подземной части зданий
Простейшее средство гидроизоляции подвального помещения
здания — вертикальный слой перемятой жирной глины, плотно
утрамбованной снаружи стены подвала. Но этот способ эффективен
лишь в грунтах небольшой влажности или как дополнение к основ-
ным, рассмотренным ниже мерам гидроизоляции.
Основные виды гидроизоляции — жесткая и пластичная.
Жесткую гидроизоляцию устраивают в виде 2—3 см слоя цемент-
ной штукатурки. Такая штукатурка с торкретированием и последую-
щим железнением применяется ниже уровня грунтовой воды при
напоре до 0,5 ат. Однако с течением времени торкрет начинает про-
пускать воду и поэтому его относят к материалам лишь относительно
водонепроницаемым. Большое распространение при устройстве тор-
кретных изоляций получили водонепроницаемый расширяющийся
цемент (ВРЦ) и водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ).
Добавка к цементному раствору высококачественного цере-
зита дает возможность получить хороший гидроизоляционный
материал.
Если в основание просачиваются агрессивные воды, то штука-
турку необходимо выполнять на пуццолановом или шлаковом порт-
ландцементе.
Жесткую гидроизоляцию нельзя делать при незакончившейся
осадке здания, поскольку трещины в изоляционном слое недопус-
тимы. Поэтому запрещается наносить жесткую изоляцию до окон-
чания кладки здания.
Пластичная изоляция — это многослойное покрытие поверхно-
стей литым асфальтом, а также приклеивание горячей мастикой
плит, тканей, металлической сетки, обработанных битумом. Приме-
няется она в тех случаях, когда можно ожидать деформации изо-
лируемых конструкций. Пластичная изоляция на вертикальных
и наклонных поверхностях должна быть прижата защитной кир-
пичной или бетонной стенкой.
Пластичная изоляция бывает двух видов — обмазочная и окле-
енная.
Обмазочная изоляция изготовляется из битумов, разогретых
свыше 100° или растворенных в бензоле, сероуглероде или других
растворителях. Такая обмазка применяется в виде слоя, наносимого
на изолируемую поверхность.
Оклеечную изоляцию делают из гибких рулонных кровельных
материалов — рубероида, пергамина, толя, гидроизола, приклеивае-
мых горячими мастиками.
Из водоизоляционных материалов особенно долговечен гидро-
изол на тканевой основе.
Для ответственных сооружений в качестве гидроизоляции можно
применять металлоизол. Это — рулонный материал на основе из
алюминиевой фольги, покрытый в заводских условиях с обеих сторон
битумной мастикой из смеси битума с асбестовым волокном.
149
Особым видом гидроизоляционных материалов являются так
называемые гидрофобные засыпки. Примером их может служить
гидрофобный порошок, представляющий собой золу, обработанную
битумом. Но практическое применение гидрофобных порошков для
изоляции фундаментов только начинается, поэтому данный способ
нуждается в детальной разработке.
В последние годы в связи с развитием химической промышлен-
ности появились новые гидроизоляционные материалы: полиэтиле-
новая пленка, рулонные и листовые изделия из полихлорвинилового
пластиката. Устройство гидроизоляции из этих материалов про-
изводится путем наклеивания их на изолируемую поверхность
специальными клеями. Соединение отдельных листов и пленок
производится с помощью проглаживания стыков горячим утюгом.
Проектирование гидроизоляции производится в соответствии
с указаниями СН 301—65.
Изоляция фундамента
от капиллярной воды
Если не принять специальных мер по защите здания от капил-
лярной воды грунта, то она проникает в кладку фундамента и под-
нимается выше по стенам здания.
Рис 95 Гидроизоляция бесподвальных помещений.
а, б — изоляция наружных стен, в — изоляция внутренней
стены 1 — горизонтальная изоляция, 2 — вертикальный слой
битума, 3 — подготовка, 4 — паркет, 5 — дощатый пол, 6 —
тротуар
В бесподвальных помещениях для защиты стен от сырости устра-
ивается горизонтальный изоляционный слой, прокладываемый в цо-
коле на 15—20 см выше уровня тротуара (рис. 95, а).
Как правило, изоляционный слой стен должен составлять с бетон-
ной подготовкой пола подвала единое ограждение. Для этой цели по-
верхность стены с внутренней стороны здания надо покрыть двойным
слоем битума от бетонной подготовки до изоляционного слоя.
Изоляцию укладывают следующим образом. Сначала поверх-
ность кладки выравнивают раствором. После того как раствор
1,0
внутренней поверхности стены
Я
Рис 96 Гидроизоляция стен подваль-
ных помещений.
а — наружная стена, б — внутренняя сте
на 1 — отметка тротуара, 2 — отметка
пола первого этажа, 3 — отметка пола
подвала, 4 — обмазка битумом нлн це-
ментная штукатурка, 5 — рулонная гид
ронзоляция
затвердеет, поверхность кладки смазывают битумом и последова-
тельно, с промазкой каждого слоя, укладывают два слоя рулон-
ного материала. Выше изоляции кладка ведется обычным порядком.
При высоте цоколя более 0,6 м изоляция стен делается в двух
уровнях (рис. 95, в): первый слой на 15—20 см выше уровня тро-
туара, а второй на 10—15 см ниже деревянной конструкции пола.
Если при этом стена соприкасается с грунтом и нарушается тре-
бование связи изоляции с бетонной подготовкой пола, необходимо
промазать битумом также часть
(слой 2) от нижнего горизон-
тального слоя изоляции до верх-
него.
Нижний слой горизонталь-
ной изоляции делают из цемент-
ной смазки (1:1) толщиной
около 1,5 см, а верхний слой —
из двух слоев рулонных матери-
алов, промазанных битумом и
укладываемых по выровненной
раствором поверхности клад-
ки. Изоляция^ от капиллярной
воды в зданиях с подвалами
производится в двух уровнях:
один слой укладывают на 15 —
20 см выше поверхности троту-
ара, а другой — на 10—15 см
ниже уровня пола подвала
В сборных фундаментах изоля-
цию необходимо укладывать так,
как показано на рис. 96.
Кроме того, по наружным стенам устраивают вертикальную
изоляцию битумной обмазкой с внешней стороны (т. е. со стороны
земли). Эта обмазка доводится до уровня бетонной подготовки
тротуара.
Бетонная подготовка пола подвала представляет собой доста-
точную изоляцию от влажности при уровне грунтовых вод не ближе
1 м от пола подвала. При более близком залегании грунтовых вод
необходима специальная изоляция, для чего в конструкцию пола
вводится слой битума. Водонепроницаемость можно обеспечить
также путем устройства чистого пола подвала из асфальта или це-
ментного раствора с церезитом.
Изоляция подземной части здания
от напорной грунтовой воды
В тех случаях, когда уровень грунтовой воды находится выше
пола подвала, стены его приходится защищать от напора грунтовой
воды. Величина напора зависит от превышения уровня грунтовой
151
воды над уровнем пола. Уровень грунтовой воды непостоянен:
весной он обычно повышается, а к осени понижается. При выборе
способов гидроизоляции необходимо ориентироваться на условный
расчетный уровень вод, который можно принять на 0,5 м
Рис 97. Гидроизоляция подвала при боль-
ших напорах грунтовых вод, устрашаемая
по наружной поверхности стен:
/ — гидроизоляция стен; 2 — обмазка битумом,
3 — рулонная изоляция, 4 — защитная кирпич-
ная или железобетонная стенка; 5 — бетонная
подготовка, 6 — цементная смазка; 7 — защитный
цеметный слой; 8 — железобетонное ребристое
перекрытие (балки заложены в стену)
выше весеннего уровня.
Для защиты здания от
напорной грунтовой воды
наиболее рациональной ме-
рой служит дренаж — по-
нижение уровня грунтовой
воды отводом ее в более
низко расположенный во-
доприемник, как показано
на рис. 94.
Если по каким-либо
причинам дренаж устроить
нельзя, необходимо создать
непрерывную водонепрони-
цаемую оболочку подвала
не только с боков, но и
снизу. Эта оболочка обычно
располагается с внешней,
примыкающей к земле сто-
роны конструкции пола и
стен (рис. 97).
Надежность службы
изоляции зависит от проч-
ности сопряжения изоляции стен с изоляцией пола. Если необхо-
димо поместить гидроизоляцию на -внутренней' стороне стены, то
во избежание отрыва напором воды, ее следует расположить между
стеной и специальной конструкцией, рассчитанной на давление воды.
§ 24. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ
Пример 25. Рассчитать фундамент наружной стены жилого пяти-
этажного крупноблочного дома (рис. 98). Нормативное давление
суглинистого грунта основания принято равным R = 2,5 кг/смг
(с учетом ширины и глубины заложения фундамента).
Величины постоянных и временных нормативных нагрузок
Снеговая нагрузка на квадратный метр горизонтальной про-
екции покрытия здания.....................................100 кг/см2
Вес покрытия (кровля и стропила) на квадратный метр их
горизонтальной проекции .................................. 50 кг/м2
Вес чердачного перекрытия.....................'.......... 320 кг/м2
Вес междуэтажного перекрытия............................ 360 ке/м2
Вес перекрытия над подвалом.............................. 500 кг/м2
Временная нагрузка на чердачное перекрытие................ 75 кг/м2
Временная нагрузка жилых помещений....................... 150 кг/м2
Вес карнизного блока из бетона.......................... 1700 кг/м3
152
3,8 0,9-0,7-1700 = 4070 кг.
Вес простеночного блока
2,4 0,5-1,6-1700 = 3270 кг.
Вес неремычечного блока
3,8 0,6 0,5 1700 =1938 кг.
Рис. 98 К расчету фундамента наружной и внутренней стен жилого пяти-
этажного крупноблочного дома:
а — план секции; б — фасад секции; е — разрез наружной стены; г — разрез внут-
ренней стены, / — грузовая площадь участка длиной 3,8 м наружной стены; 2 — гру-
зовая площадь участка длиной 1 /л внутренней стены; 3 — карнизный блок; 4 —перё-
мычечный блок; 5 — простеночный блок; b — подоконный блок; 7 — цокольный
блок; 8 — блоки стеи подвала; 9 — фундаментные блоки наружной стены; 10 — фун-
даментные блоки внутренней стены; И — чердачное перекрытие; 12 — междуэтаж-
ное перекрытие
Вес подоконного блока
0,9 -1,1 -0,42-1700 = 705 кг.
Вес цокольного блока из бетона объемным весом 2200 кг/м3
3,8 • 0,9 • 0,6 220 = 4520 кг.
153
Решение.
Нагрузка на основание
Расчет ведем на длину стены а = 3,8 м.
1. Вес кровли и снега
3,8-2,5-0,15 = 1,43 /и,
где 2,5 м (3,2—0,7 м, учитывая влияние подкоса стропил, умень-
шающего расчетный пролет на 0,7 м.
2. Вес чердачного перекрытия при грузовой площади 3,8 (3,2—
—0,2), где 0,2 м — расстояние от внутренней поверхности стены
до разбивочной оси
3,8-3,0-0,32 = 3,64 т.
3. Вес четырех междуэтажных перекрытий
3,8-3,0-0,36-4 = 16,4 т.
4. Временная нагрузка чердачного перекрытия и четырех эта-
жей с учетом снижения по СНиП, гл. П-Б, 1, § 3.
(0,075 + 0,15 -4) 0,7 -3,8 -3,0 = 5,38 т,
где 0,7 — коэффициент снижения нагрузки.
5. Вес стены пяти этажей с карнизами и цокольными блоками
4,07 ф (1,938 + 3,27 + 0,705 • 2) • 5 + 4,52 = 4,07 + 33,09 • 4,52 =
= 41,68 /77.
6. Вес перегородок в пяти этажах:
0,135-3,0-2,7-5 = 5,46 т,
где 0,135 т/м2 — вес 1 м2 перегородки.
7. Вес перекрытия подвала:
0,6-3,8-0,6= 1,37 т,
где 0,6 т/м2 состоит из собственного веса перекрытия (0,5 т/м2)
и временной нагрузки (0,15 0,7 т/м2); 3,8-0,6 — грузовая площадь.
8. Вес стены подвала из сборных пустотелых бетонных блоков
ПБ-6-24 на длине
а = 3,8 м, v4'-o+ 1,035 = 6,56 т,
где 1,035 т — вес блока; 2, 4 м — высота стен подвала.
9. Вес фундаментных блоков Ф-12 (длиной каждый 2,5 м и весом
2,3 т), уложенных с промежутками 0,72 м,
---^8----. 2 3 = 2 49 от
2,8 + 0,72 2,80 ’ ’ ь
10. Вес грунта над обрезами фундамента
1,8 • 0,3 • 3,8 (2,4 + 0,4) - -pffn'7 = 4>6 т-
Общая нагрузка на длину прерывистого фундамента 3,8 м
1,43 + 3,64 + 16,40 + 5,38 + 41,68 -р 5,46 + 1,37 + 6,56 + 2,49 +
+ 4,6 = 89,01 т.
154
Нагрузка на 1 м длины подошвы фундамента
8М1.(2^ОЛ=29>5 т/л,
0,0 Z,o
Эта нагрузка приложена по отношению к подошве фундамента
внецентренно, но, исходя из малой величины ее эксцентриситета,
определяем только среднее давление на грунт.
29 500 о ,с . 2
Рч>~ 120- 100 кг1см .
т. е. меньше нормативного давления R — 2,5 кг/см2.
Пример 26. Расчет фундамента под внутреннюю продольную
стену жилого крупноблочного пятиэтажного дома (см. рис. 98).
Решение.
Расчет ведется на длину стены и фундамента, равную 1 м, по-
скольку влияние редко расположенных дверных проемов может
не учитываться.
Нагрузка на основание
(аналогично предыдущему примеру)
1. Вес кровли и снега
1,0 - 7,8-0,15 = 1,17 mi
2. Вес чердачного перекрытия
6,0 • 1,0 - 0,32 = 1,92 т,
где 6,0-1,0 м — грузовая площадь после исключения толщины
ттены.
3. Вес междуэтажных перекрытий
6,0- 1,0 -0,36 -4 = 8,65 т.
4. Временная нагрузка перекрытий с учетом снижения по СНиП
гл. П-Б, I, § 3.
’ ’ J . ь.0
(0,075 4-0,15-4) 0,7-0,6-1,0 = 2,84 т.
5. Вес внутренней стены пяти этажей
1,0-15,5 0,38-1,6 = 9,43 т,
где 15,5 м — высота стены;
0,38 — толщина стены;
1,6 т/м* — вес 1 мл кладки.
6. Вес перегородок пяти этажей, отнесенный на 1 м внутренней
стены, равен 3,43 т.
7. Вес перекрытия подвала с временной нагрузкой
0,6-1,0-5,2 = 3,12 т.
Вес стены подвала из крупных бетонных блоков в СБ-4-24 ве-
сом каждый 1,13 т, высотой 0,6 м и длиной 2,4 м
где 3,0 м — высота стены подвала.
155
9. Вес железобетонных фундаментных блоков Ф-24 на 1 м стены
2,32 : 2,40 = 0,97 т.
10. Вес грунта над обрезами фундамента
1,8-2-0,4-0,5 = 0,72 т.
Общая нагрузка на 1 м подошвы фундамента
1,17 4- 1,92-Ь 8,65 4- 2,84 + 9,43 + 3,43 4-3,12 4- 2,454-0,97 +
+ 0,72 = 34,70 т = 34700 кг.
Среднее давление на грунт под фундаментом
34700 „ .о , „ *
^р=14оЛоо^2’48 кг/см •
что меньше нормативного давления грунта R — 2,5 кг/см2.
Для расчета колонн применяется схема, показанная на рис, 99. v
ГЛАВА VII

ОСОБЕННОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ
НА ЕСТЕСТВЕННОМ ОСНОВАНИИ
§ 25. УСТРОЙСТВО КОТЛОВАНОВ
Разбивочные работы
Сооружение фундаментов входит в так называемый нулевой
цикл строительных работ по возведению здания. В этот цикл вхо-
дят: подготовка строитель-
ной площадки, устройство
дорог и подъездов к ней,
земляные работы, включая
прокладку всех подземных
коммуникаций, возведение
фундаментов, стен подва-
лов.
Рассмотрим некоторые
специальные вопросы про-
изводства работ по нуле-
вому циклу.
Работы по разбивке
осей здания складываются
из камеральной подготов-
ки и собственно полевой
работы — перенесение пла-
на фундамента на мест-
ность.
Камеральная подготов-
ка заключается в состав-
лении плана строительной
площадки в горизонталях
с нанесением плана фунда-
мента и разбивочных осей
Рис. 100. Разбивочный план фундамента
(рис. 100). Оси 1-1 и 11-11,
показанные на рис. 100, называются главными осями разбивки.
Сначала определяются направления главных разбивочных осей
на участке. Эти оси прочно закреп ля ются^ртолбами или стальными
157
трубами, обрезками рельсов и т. д. так, чтобы всегда можно было
восстановить их.
Далее устанавливается обноска из столбов или труб, к которым
на высоте около 2 м (для свободного прохода и проезда) приби-
ваются обрезные доски или прикрепляются горизонтальные сталь-
ные трубы. Верхняя кромка их должна быть в одной горизонтальной
плоскости.
На обноску шнуром или проволокой переносят с земли сначала
главные оси, а от них остальные, согласно разбивочному плану.
В настоящее время, пользуясь угломерными инструментами, стали
обходиться без обноски, которая мешает подъезду автомашин
к котловану.
В свайных фундаментах сооружений дополнительно разбивают
еще и оси расположения свай.
Оси необходимо привязать к главным осям и также закрепить
на местности.
Вертикальные отметки площадки и возводимых фундаментов
определяются нивелировкой относительно реперов, которых на
каждой стройке должно быть не менее двух.
Откосы котлованов и траншей
Технология работ по выемке котлованов и траншей без ограж-
дений и в ограждениях описана в курсе технологии производства
работ.
Здесь обратим особое внимание на весьма важный вопрос о до-
пустимой крутизне откосов котлованов и траншей и об устрой-
стве креплений.
Необходимо иметь в виду, что неточ-
ности в проектировании откосов и креп-
лений стенок котлованов и траншей мо-
гут привести к авариям, иногда опасным
для жизни рабочих и технического пер-
сонала.
Для правильного решения данного во-
проса сначала необходимо установить ка-
чество грунта и его способность держаться
в том или ином откосе. Обвалы и оплы-
вание откосов в большинстве случаев вызываются просачиванием
в грунт воды, которая понижает сопротивление грунта, особенно
глинистого, сдвигу.
При увлажнении очень резко нарушается равновесие откосов
лёссовых грунтов, которые в неувлажненном состоянии хорошо
держатся даже в вертикальном откосе.
Котлованы без креплений можно отрывать только в однородных
маловлажных грунтах, если произведен отвод поверхностных вод.
Уклон откосов (рис. 101) котлованов и траншей в различных грун-
тах принимается по данным табл. 31.
158
Вертикальные стены неглубоких котлованов и траншей (до
1,5 л), отрываемых в маловлажных связных грунтах, можно остав-
ТАБЛИЦА 31
Наибольшие уклоны откосов для разных грунтов
Виды грунтов Уклон откосов прн глубине выемки
до 3 м от 3 до б м
Насыпные, песчаные и крупнообломочные Супесчаные Суглинистые Глинистые 1 : 1,25 1 :0,67 1 :0,67 1:0,5 1 :0,5 1 :0,1 Вертикально 1 :1,5 1 : 1 1:0,75 1 :0,67 1 :0,75 1:0,25 1 :0,1
Лессовые (сухие) Скальные разборные Скальные плотные
лять без креплений. Однако прн этом вынутый грунт должен от-
кидываться и не скапливаться на бровках.
Закладные крепления
и шпунтовые ограждения
Стенки более глубоких котлованов следует крепить или делать
наклонными.
Наиболее простыми следует считать закладные крепления, при-
меняемые для маловлажных устойчивых грунтов при ширине
Рис 102 Крепление траншей инвентарными распорками:
а — поперечный разрез траншеи, б — разрез по А—Б', в — деталь стальной
распорной рамы, 1 — распорная рама, 2 — щит крепления, J — стальная труба.
4 — распорный винт
f
выемки до 4 м. Особенно удобны закладные крепления с инвентар-
ными распорками (рис. 102).
В маловлажных связных грунтах при глубине выемки до 3 м креп-
ления можн^устрапвать не сплошными, а с промежутками по высоте.
159
Если значительный приток грунтовых вод может выносить грунт
через щели закладных креплений, то нужно применять шпунтовое
ограждение.
Шпунтовое ограждение раньше в большинстве случаев устраи-
вали из досок или брусьев сырого леса, соединенных в четверть или
в шпунт (рис. 103), нижний заостренный край каждой шпунтины
слегка скашивался, чтобы она прижималась во время погружения
к соседней, ранее погруженной. Погружение шпунта производи-
лось забивкой молотами.
кспмоЬано
Рис 103 Схема и детали шпунтового ограждения'
а — схема, / — маячные сваи, 2 — парные направляющие,.? — шпунтины,
б — деревянный дощатый шпунт, в — то ^ке, брусчатый, г — обделка
боковых граней шпунтин (размеры в см)
Деревянные шпунтовые стенки не вполне плотны. Так как за-
делка щелей в них затруднительна, в настоящее время для огражде-
ния глубоких котлованов применяют более плотные стальные шпун-
товые стенки (рис. 104), которые можно использовать многократно.
Для котлованов небольщой глубины применяют шпунт плоского
профиля, а для глубоких котлованов — корытных профилей. Для по-
гружения шпунта применяют вибраторы.
Сортамент стального шпунта (по ГОСТ 4781—55) приведен
в табл. 32.
В случае большой высоты шпунтовой стенки заделка ее нижнего
конца в грунт оказывается недостаточной и устраивается анкерное
крепление верхнего конца стенки (рис. 105, б). Анкерные плиты,
передающие усилия анкерных тяг на грунт, нужно установить за
пределами линии естественного откоса грунта, проведенной от низа
стенки.
Железобетонные шпунтовые стенки применяюгся в качестве
элементов постоянных сооружений, например, для набережных.
160
6 3ак*143
ТАБЛИЦА 32
Технические характеристики стальных шпунтов, изготовляемых в СССР (ГОСТ 4781—55)
Тип шпунта и условное обозначение Профиль шпунта Площадь попереч- ного сечения, см2 Вес 1 м, кг Момент инерции, Лг’ см4. Момент сопротив- ления, см3
Шпунтовая свая плоская по ГОСТ 4781-55 ШП-1 _ ЬОО 82 64 332 73
\ S’ [т _ X
г
ШП-2 200 4IX/ UI 39 30 80 28
X J2
Продолжение табл. 32
О * 4 Тип шпунта и условное обозначение Профиль шпунта Площадь попереч- ного сечения, см2 Вес 1 м, кг Момент инерции, /дг’ см* Момент сопротив- ления, смя
Шпунтовая свая корыто- образная по ГОСТ 4781-55 ШК-2 4 x_/z. П - 400 и . e'oO' (Г Й1 _"tX k V 74 58 2243 260
Шпунтовая свая корытообразная по УМТУ-5154-55 Л-Ш Л-IV л-v 80 94 127 62 79 100 23 200 39 600 50 943 1600 2200 2962
Расчет креплении
Доски закладных креплений рассчитываются как неразрезные
балки, нагруженные горизонтальной составляющей давления
грунта, с пролетами I, равными расстояниям между стойками.
Требуемая толщина досок может быть найдена по формуле
d = l /
(78)
где q — интенсивность давления грунта, кг/см2\
В — расчетное сопротивление дерева на изгиб, которое в сред-
нем может быть принято равным 150 кг/см2.
Расстояния между стойками определяются в зависимости от
принятой толщины досок.
Стойки рассчитывают по схеме однопролетных или неразрезных
балок на нагрузку, распределенную по треугольнику.
Распорки рассчитывают как сжатые стержни с учетом продоль-
ного изгиба.
Простейший метод расчета на устойчивость свободно стоящей
(незаанкеренной) шпунтовой стенки основан на допущении, что она,
не деформируясь, поворачивается в грунте вокруг некоторой
точки, находящейся на глубине zc от поверхности земли (рис. 105, а).
Если исходить из конца упругой стадии сопротивления грунта
основания, когда предельное давление действует только в точке В,
то требуемая глубина забивки может быть определена по кривой 1
(рис. 105, в).
• Обычно же исходят из другого предельного состояния основа-
ния, когда предельные давления действуют по высоте BE и в точке D.
При этом эпюра реакций грунта принимается ограниченной пря-
мыми BD и B"D", ординаты которых соответствуют разности между
пассивным сопротивлением и активным давлением грунта на дан-
ной глубине.
Требуемую по условию устойчивости глубину забивки шпунта
можно определить из неравенства
где
q < <7пР>
(79)
(YoX^-2Q)2
ТоХТ/2,
<7пр — То [(7/j Н Н2)
= - tg2 (45= - ; Х„ = tg3(45= + ;
Q=Qi + Q2; =
<2г = То ТА
164
Здесь уо — объемный вес грунта, т/м3-,
<р — расчетный угол внутреннего трения грунта.
Требуемая глубина погружения шпунта может быть определена
по кривой 2 (рис. 105, в) в зависимости от величины Я, и <р.
Требуемая толщина шпунта находится расчетом его на проч-
ность при изгибе по максимальному изгибающему моменту, дей-
ствующему на глубине zo.
(8°)
Шпунтовую стенку с опорой вверху, например, анкерную, рас-
считывают как шарнирно опертую в точках А и D (рис. 105, б).
При этом требуемая глубина забивки определяется из условия
где
Qi 14 (Ях + Я2) -й] mQ2 (ях + 4 Я2- а),
| О J \ О /
Qi = 4 То GA + Я2)2Хс ; QB = 1То Щ Х„;
т — коэффициент условий работы, принимаемый равным от 0,7
до 1,0.
Усилие в анкерной тяге или распорке находится из условия
равновесия и равно Р = Qt — Q„.
Максимальный изгибающий момент определяют по формуле
Ммакс = Р (?0 g То 20
где
При значительной глубине забивки шпунтовая стенка с опорой
вверху рассчитывается, как жестко заделанная нижним концом.
При этом условная заделка принимается для плотных грунтов на
глубине 0,2 м, а для слабых — на глубине 0,5—1,0 м ниже дна
котлована.
Пример 27. Определить требуемую глубину забивки и подобрать
сечение свободно стоящей шпунтовой стенки, если дано: Н1 = 3,2 м;
Yo = 1,9 т/м3', = 30°.
Решение. По кривой 2 на рис. 105, в находим Н2 = Нг = 3,2 м.
Наибольший изгибающий момент определяется по формуле (80)
и составляет:
,, 7ОЯ?Х„ 1,9-3,203.3,69 с о
Ломакс _па — 6(3,69—1)3 ^,3 ГП-М/М.
6 (Х„—1р
Требуемый момент сопротивления поперечного сечения шпунта
при расчетном сопротивлении Ст. 3 на изгиб Яиз = 2100 кг/см2
и коэффициенте условий работы т = 0,9.
Ц7 = ^к£=Ю00№ =280 сж3/Л1_
165
Принимается шпунт корытного профиля ШК-1, у которого момент
сопротивления на 1 м длины стенки составит 114-2,5 = 285 см3.
Следует иметь в виду, что у свободно стоящих шпунтовых стенок,
удовлетворяющих условиям устойчивости и прочности, могут быть
недопустимо большие прогибы.
Искусственное замораживание
грунтов основания
Способ искусственного замораживания применяют для креп-
ления стен котлованов и для устройства водонепроницаемых преград
в водоносных грунтах. Чаще всего замораживают песчаные грунты
(плывуны) или в тех случаях, когда невозможно погружение шпунта
(например, в грунтах с включением крупных камней).
Схема холодильной установки показана на рис. 106
Процесс замораживания грунта основания заключается в сни-
жении температуры его под воздействием охлаждающих растворов.
Для этого по периметру намеченного котлована в грунт погружаются
наружные охлаждающие трубы 1 на расстоянии 1—3 м друг от друга.
Нижние концы их закрыты, а верхние через патрубки 4 объединены
в общее кольцо 5.
В охлаждающие наружные трубы опущены внутренние трубы 2,
также соединенные трубой 3 во второе общее кольцо.
К обеим системам охлаждающих труб присоединена система
труб 8, идущих из бака холодильника 6. По этим трубам охлаждаю-
щий раствор (с температурой — 20°С и ниже) засасывается из бака 6
насосом 7 и подается через систему 3 во внутренние охлаждающие
трубы, откуда раствор входит в наружные трубы. Поднимаясь по
166
трубам 1, раствор отнимает часть тепла у окружающего грунта
п, нагреваясь до 5°С, идет в кольцо 5, а оттуда в бак 6 для нового
охлаждения и обратного движения к охлаждающим трубам 2. В ка-
честве охлаждающего раствора применяется хлористый кальций
и другие составы.
Охлаждение раствора в баке 6 происходит под действием ам-
миака (или углекислоты). Аммиак в компрессоре 9 сжимается под
давлением 10—15 ат и в газообразном состоянии направляется
в змеевик цилиндра 10. Змеевик в цилиндре непрерывно омывается
холодной водой, и аммиак переходит в жидкое состояние. В таком
виде через клапан 11 он попадает в змеевик бака 6, где вследствие
понижения давления снова превращается в газ, охлаждаясь при
этом сам и охлаждая раствор, наполняющий бак 6. Из змеевика
бака 6 газообразный аммиак засасывается компрессором 9, от-
куда снова направляется в змеевики для охлаждения раствора.
Таким образом, в установке происходит круговорот охлаждаю-
щего раствора и охладителя. Круговорот охлаждающего раствора
замораживает грунт вокруг труб 1, образуя массивы мерзлого
грунта. Соединяясь по мере утолщения, эти массивы образуют
стену мерзлого грунта вокруг котлована. Под защитой этой стены
можно вырыть котлованы и вести в нем работы.
Замораживание грунта идет медленно, продолжаясь иногда не-
сколько недель.
В районах с большими морозами заморозить грунты можно
естественным холодом. Для ускорения процесса замерзания в грунт
погружают закрытые снизу пробками металлические трубы, в ко-
торых циркулирует холодный воздух.
Ограждение котлованов на местности,
покрытой водой
При возведении сооружений на местности, покрытой водой,
например в русле реки, котлованы предварительно ограждают
перемычками. После откачки воды в этих котлованах можно вести
работы так же, как на сухой местности (рис. 107, а).
Земляные перемычки из местного грунта (суглинка, супеси,
песка), применяются при небольшой глубине и малой скорости
течения воды. Ширина перемычки поверху принимается не менее
2 м, а откосы — со стороны котлована 1 : 1 или 1 : 1,5, а со стороны
водоема — 1:2 или 1 : 3 в зависимости от применяемого грунта.
Шпунтовые перемычки устраиваются на водопроницаемом дне
котлована. Они могут быть однорядными и двухрядными
(рис. 107, б, в). Однорядные перемычки для уменьшения филь-
трации через неплотности шпунта делают с земляной отсыпкой
со стороны водоема.
Двухрядные перемычки из двух шпунтовых стенок следует со-
оружать при глубине воды до 5—6 м. Пространство между стенками
засыпают по возможности водонепроницаемым грунтом.
167
Стальной шпунт обеспечивает большую водонепроницаемость
ьеоемы«ек Кроме того, такой шпунт можно применить при боль-
шой глубине воды (10 м и более) на плотных грунтах и даже при
наличии в них щебня, дерева и т д
перемычка с земляной отсыпкой е — двухрядная шпунтовая перемычка
В северных районах способ вымораживания котлованов есте-
ственным холодом можно применить для устройства ледяных пере-
мычек на местности, покрытой водой
§ 26. ВОДООТЛИВ И ОСУШЕНИЕ ГРУНТОВ
КОТЛОВАНОВ И ТРАНШЕЙ
Выкачивание грунтовой воды из котлованов или другие способы
ее удаления называются водоотливом Различают открытый водо-
отлив и грунтовый или глубинный.
Открытый водоотлив
Открытый водоотлив можно производить различными насосами.
При значительном притоке воды чаще всего применяются центро-
бежные насосы, которые просты в эксплуатации и хорошо удаляют
воду, загрязненную грунтом
Открытый водоотлив в песчаных и супесчаных грушах нередко
вызывает оплывание откосов котлована и разрыхляет грунт осно-
168
вания, затрудняя производство земляных и других строительных
работ Поэтому при необходимости водоотлива в песчаных грунтах
в котлованах необходимо устанавливать шпунтовое ограждение
Вначале нужно удалить воду, находящуюся в котловане, а затем
поддерживать его в сухом состоянии
Общий расход грунтовой воды, выкачиваемой насосами, скла
дывается из двух частей
а) расход, который определяется временем /, отведенным на
первоначальное осушение
= (81)
где V — объем воды, находящейся в котловане;
/ 7 г ч 5 f>
Рис 108 Схема открытого водоотлива
1 — зумпф 2 — водосборная канав! а 3 — насос 4 — прн
грузка из щебня гравия песка 5 — нормальный уровень
грунтовых вод 6 — уровень воды прн откачке
б) расход воды, обеспечивающий поддержание котлована в су-
хом состоянии.
Qz = qF (82)
где q — приток воды на 1 м2 дна котлована.
q ориентировочно можно принять равным
Для мелкого песка 0,16 м3/ч
» песка среднеи крупности 0 24 м3/ч
» крупного песка 1,65 м3/ч
» трещиноватом скалы . 0,2 м3/ч
F — площадь дна котлов-ана.
Приток воды через стены котлована при хорошем ограждении
через некоторое время обычно прекращается
На дне котлована необходимо устраивать огражденные приямки
и кюветы для стока воды (рис 108). Кюветы делаются по всему
периметру котлована с уклоном в сторону приямков.
Грунтовый водоотлив
В противоположность открытому, грунтовый водоотлив или водо-
понижение производится откачкой воды из скважин, расположенных
вокруг котлована п обычно соединенных общей всасывающей трубой
169
При откачке воды из системы таких скважин уровень грунтовых
вод в котловане понижается (рис. 109).
В этом случае грунт осушается и выемку земли из котлована
ведут так же, как в грунте с естественной влажностью с соответ-
ствующими откосами.
Уровень грунтовой воды понижают до отметки на 0,5 м ниже
дна котлована.
Уровень воды можно понизить при помощи трубчатых колодцев-
скважин (колодцев-фильтров) диаметром 150—500 мм или игло-
фильтрами, т. е. трубчатыми фильтрами малого наружного диа-
метра (40—70 мм).
Рис. 109. Схема устройства котлована с применением времен-
ного водопонижения:
/ — первоначальный уровень грунтовой воды; 2 — иглофильтры;
3 — котлован, 4 — линия понижения грунтовой воды
С помощью центробежных насосов в колодцах можно понизить
уровень грунтовых вод не более чем на 5—7 м (обычно же 3—5 м).
Для более глубокого водопонижения нужно применять специальные
глубинные насосы с вертикальным валом, опускаемые в фильтры
или устраивать многоярусные установки.
Для колодцев-фильтров применяются стальные, асбестоцемент-
ные, пластмассовые, керамические или деревянные трубы с защи-
щенными сеткой отверстиями в виде щелей шириной 5—10 мм
на длине 1,5—2 м в нижней части трубы. Фильтры-колодцы погру-
жают в грунт в предварительно пробуренные и закрепленные об-
садными трубами скважины.
Зазор, образовавшийся между стенками трубы-фильтра и стен-
ками скважины, засыпают крупным песком или смесью песка с гра-
вием, а затем обсадные трубы постепенно извлекают из грунта,
170
Иглофильтры погружают в грунт с помощью подмыва грунта
водой под напором.
Легкий иглофильтр состоит из стальной трубы внутренним диа-
метром 38 мм и длиной до 7,5 м. К нижнему концу трубы присое-
диняют фильтровальное звено длиной I—1,25 м, оканчивающееся
зубчатым наконечником. Верхний конец трубы иглофильтра при-
соединяется с помощью шланга к коллектору, идущему к насосу.
Легкие иглофильтровые установки дают возможность понизить
уровень грунтовых вод не более чем на 5 м.
Для более глубокого водопонижения (до 35 м) применяются
эжекторные иглофильтровые установки или размещают иглофильтры
в 2—3 яруса. Однако второй способ приводит к увеличению раз-
меров котлована.
Наибольшее распространение в настоящее время имеют легкие
иглофильтровые установки, например, передвижные водопонизи-
тельные установки ПВУ-1 и ПВУ-2.
Глубина погружения иглофильтров и расстояние между ними
(в пределах от 0,75 до 3 м) определяют расчетом.
Глубинное водопонижение уплотняет грунт тем больше, чем
мельче зерна. Уплотнение грунта может оказать влияние на осно-
вание соседних сооружений, вызвать их осадку и притом нерав-
номерную.
Техника глубинного водоотлива получила значительное раз-
витие и усовершенствование на строительстве Волго-Донского
канала им. В. И. Ленина, Цимлянской ГЭС и Куйбышевгидро-
строе, где комбинированно применялось тяжелое оборудование
колодцев-фильтров и легкие иглофильтры.
ЭлектроосушениЁ
До последнего времени глубинное водопонижение применя-
лось для осушения песчаных и песчано-гравелистых грунтов при
коэффициенте фильтрации от 1 до 100—150 м/сут. При коэффи-
циенте Д, меньшем 1 м/сут, применение иглофильтров оказы-
вается неэффективным. Поэтому большой интерес представляет
объединение действия иглофильтров с так называемым электро-
осушением.
Схема водопонижения с применением электротока изобра-
жена на рис. НО. Параллельно с иглофильтрами 1 в грунт погру-
жены металлические стержни 2 диаметром 32—38 мм (длина их
равна длине иглофильтров). Иглофильтры и стержни подключены
к источнику постоянного электрического тока напряжением 30—
60 в так, что стержни служат анодом (+), а фильтры — катодом (—).
Между электродами создается плотность тока около 1 а на 1 м2
вертикального сечения осушаемого массива грунта. Электриче-
ский ток усиливает приток грунтовой воды к иглофильтрам, и уро-
вень грунтовой воды понижается быстрее чем было достигнуто
до воздействия тока.
171
Об эффективности электроосушения говорят следующие данные.
При осушении одного котлована иглофильтрами сначала воДу от-
качивали, не включая электрический ток. За 15 дней уровень
Рис ПО Понижение уровня грунтовых вод игло-
фильтрами с электроосушением:
1 — иглофильтры, 2 — металлические стержни, 3 —
линия водопонижения иглофильтрами, 4 — линия водо-
понижения с электроосушением
грунтовой воды в котловане понизился на 2,2 м и на этом остано-
вился. После подключения отрицательного полюса постоянного
тока к иглофильтрам, а положительного полюса к трубам уровень
грунтовой воды за сутки снизился еще на 1,3 м.
§ 27. ПОДГОТОВКА ОСНОВАНИЙ
И УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ
Чтобы не ухудшить строительные свойства грунта основания,
необходимо выполнить два условия:
во-первых, при разработке котлована не следует разрушать
естественную структуру грунта основания;
во-вторых, поверхность основания нужно защищать от воздей-
ствия поверхностной воды, мороза и других атмосферных влияний.
Поэтому при механизированной разработке грунта его перво-
начально не добирают до проектной отметки подошвы фундамента.
Высей а «недобора» должна составлять 10—15 см при разработке
грунта скреперами, бульдозерами и многоковшовыми экскавато-
рами и 30 см при разработке грунта одноковшовыми экскаваторами.
Добор грунта до проектной отметки производится средствами малой
механизации пли вручную непосредственно перед закладкой фун-
дамента.
Если грунт основания оказался разрыхленным (например, на-
сыпной), то его необходимо уплотнить. Для этого при небольшой
толщине разрыхленного слоя (до 0,25—0,4 м) грунт уплотняют
легкими вибрационными трамбовками. При большой толщине раз-
рыхленного слоя грунта (до 1,5—2 ж) применяют тяжелые трам-
бовки весом не менее 1 т при диаметре основания 0,7—1 м, падаю-
172
щие с высоты 3—3,5 м. В последнем случае для уплотнения поверх-
ностного слоя толщиной 0,1—0,15 м также приходится применять
вибрационные трамбовки. Трамбованием можно уплотнить и не-
добранный слой грунта.
Для уменьшения объема земляных работ при возведении сбор-
ных фундаментов многоэтажных зданий добор грунта до проектной
отметки или немного ниже надо производить только непосредственно
там, где будут укладываться фундаментные блоки-подушки. Таким
образом, в спланированном дне котлована отрываются еще неглу-
бокие траншеи, шириной немного превышающие ширину блоков-
подушек (рис. 111, й).
На дно траншеи укладывают деревянную инвентарную раму,
которую выравнивают по нивелиру путем подклинивания. Раму
заполняют крупным песком, поверхность которого выравнивают
Рис. 111. Схемы подготовки оснований под фундаменты и полы:
о — существующий способ; б — новый способ, / — чистый пол, 2 — бе-
тонная подготовка, 3 — подсыпка из грунта, 4 — песчаная подготовка
рейкой, перемещаемой по верхней плоскости рамы. Толщина слоя
песка должна быть в пределах от 5 до 15 см.
Пазухи между стенками котлованов и конструкциями фунда-
ментов засыпают грунтом, который следует укладывать горизон-
тальными слоями и тщательно уплотнять.
Траншеи под блоки и подсыпку под полы можно не делать при
укладке фундаментных блоков на дно котлована, если при экска-
вации оставить слой грунта на 10—15 см выше проектной отметки,
а затем утрамбовать его до проектного уровня. При этом можно
полы укладывать непосредственно на песчаный грунт или по пес-
чаной подготовке, если грунт основания глинистый (рис. 111,6).
Для монтажа сборных фундаментов используются подъемные
краны (башенные, автомобильные, гусеничные).
Перед закладкой фундамента необходимо произвести приемку
основания с целью проверки соответствия действительных грун-
товых условий проектным данным. При этом необходимо осмотреть
не только грунт, находящийся на поверхности, но и на глубине,
равной двойной или тройной ширине фундамента. Приемка осно-
вания оформляется актом.
До начала земляных работ необходимо собрать сведения о дей-
ствующих подземных трубопроводах и электрокабелях и обеспечить
их сохранность во время рытья котлованов.
§ 28. ЗАМЕНА СЛАБЫХ ГРУНТОВ
Устройство песчаных
и гравийных подушек
Подушки под фундаменты делают из крупного и средней круп-
ЭНЯ. ПпРМРши"» -----------------------------
ГЛАВА VIII
ИСКУССТВЕННОЕ УКРЕПЛЕНИЕ
ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ
. _____из крупного и средней круп-
ности песка, гравия или щебня. Применение песчаных подушек
позволяет: а) уменьшить глубину заложения фундамента (рис. 112),
в этом случае подушка воспринимает нагрузку от фундамента
и передает ее на более прочный нижележащий слой; б) уменьшить
давление на слабый грунт пу-
тем распределения нагрузки
лт ----
Способы укрепления грунтов
В некоторых случаях, когда прочность грунтов недостаточна
для возведения сооружений, грунты можно укрепить, т. е. искус-
ственно улучшить их свойства. Созданные таким образом основания
называются искусственными, в отличие от рассмотренных ранее —
естественных.
Иногда необходимо укреплять и прочные грунты, например,
разборную трещиноватую скалу.
Рыхлые пески необходимо уплотнять, чтобы избежать больших
осадок возведенных на них сооружений. Водонасыщенные (даже
и плотные) нужно закреплять в том случае, если возможно их дви-
жение под нагрузкой сооружения. Это относится и к глинистым
водонасыщенным грунтам.
Все способы искусственного укрепления грунтов основания
можно разделить на три группы:
а) замена слабого грунта более прочным или заключение слабого
грунта в шпунтовое ограждение;
б) уплотнение грунта;
в) закрепление грунта.
Вопрос о необходимости укрепления грунта основания решается
после тщательного исследования грунтов на месте постройки.
Способ устройства искусственного основания выбирается на
основе экономических соображений (сравнение стоимости различ-
ных способов) с учетом быстроты процесса и в зависимости от на-
личия материалов и специального оборудования.
Существенным является также вопрос о стойкости (долговеч-
ности) искусственного основания, в особенности при наличии
агрессивных грунтовых вод. В таком случае выбор способа устрой-
ства производится с учетом срока службы проектируемого соору
жения.
174
--
от сооружения на большую
площадь. Кроме того, по-
душка препятствует выпира-
нию грунта из-под подошвы
фундамента и уплотняет осно-
вание своим весом до воз-
ведения сооружения, благо-
даря чему уменьшаются его
осадки.
Толщина и ширина
• РА XF
\ М i'f’X /N3
Рис. 112. Песчаная подушка
- wvxuAzina и ШИрИНЯ ПО"
душки подбирается таким образом, чтобы расчетное давление
основание не превосходило нормативного д—и
чтобы откосы подушки были не круче естественных для данного
грунта.
Требуемая высота подушки под ленточный фундамент может
быть приближенно определена по следующей формуле:
на
давления грунта и
N
d~
—Ъ
(83)
где N — полная нагрузка на основание, включая
душки, т/м2;
RH — нормативное давление грунта основания,
b — ширина подошвы фундамента, м;
р — угол, составляемый откосами подушки
Ширина подушки определяется по формуле:
и вес самой по-
т/м2;
с горизонтом.
S = 64-2dtg<p. (83а)
Гравийные подушки обладают большей жесткостью, чем пес-
чаные.
При устройстве песчаных подушек песок укладывается слоями
по 15—20 см. I
Каждый слой уплотняется трамбовкой или вибрированием.
Одновременно производится поливка каждого слоя водой.
175
Применение шпунтовых ограждений
Ширину подушки можно значительно уменьшить, если заклю-
чить ее между шпунтовыми рядами, которые исключают боковые
перемещения грунта, выпирание
его и уменьшают осадки (рис. 113).
Шпунтовая стенка, забитая по
периметру фундамента, выполняет
ту же роль и при отсутствии по-
душки. Однако шпунтовое ограж-
дение эффективно только тогда,
Рис 113 Песчаная подушка, усиленная
шпунтовыми стенками:
/ — песчаная подушка, 2 — шпунтовая стен-
ка, 3 — слабый грунт, 4 — прочный грунт
когда оно не смещается вместе с грунтом в боковом направлении.
Для этого в верхней части ограждения устанавливаются связи.
§ 29. УПЛОТНЕНИЕ СЛАБЫХ ГРУНТОВ
Уплотнение грунта осуществляется различными способами:
укаткой, трамбованием, вибрацией и грунтовыми сваями.
Укатка грунта
Для укатки грунта применяют тяжелые катки — гладкие или
кулачковые, которые при одном проходе уплотняют грунт на глу-
бину 15—20 см, а при многократном — до 60 см. Укатка может
оказаться целесообразной для уплотнения глинистых и очень
влажных рыхлых песчаных грунтов при большой их площади.
Уплотнять основания под столбчатые и ленточные фундаменты
катками нецелесообразно.
Трамбование грунта
Трамбование грунта производится дизельными прыгающими
и самоходными трамбовками или тяжелыми трамбовками, падаю-
щими с большой высоты. Последний способ в нашей стране полу-
чил большое распространение (рис 114, а).
Тяжелые трамбовки в виде железобетонных плит или металли-
ческих отливок, имеющих форму, близкую к конусу, и вес от 1 иг
и более, сбрасываются с высоты 3—4 м с помощью кранов, обору-
дованных фрикционными лебедками.
176
Трамбование позволяет уплотнить слабые насыпные, рыхлые
песчаные и сильно сжимаемые глинистые и лессовые грунты.
При этом степень влажности уплотняемых песчаных грунтов не
Рис 114 Трамбование грунта*
а — уплотнение грунта тяжелой трамбовкой б — кривая по-
нижения трамбуемой поверхности в зависимости от числа ударов
должна быть больше 0,7, а оптимальная влажность глинистых
грунтов равна влажности на границе раскатывания плюс 2—3%.
Трамбование уплотняет грунт на глубину 1,5—2,5 м и увеличи-
вает несущую способность основания до 30%.
177
Лёссовый грунт, подвергнутый трамбованию, теряет в пределах Глубинное уплотнение производят вибробулавои, погруженной
глубины уплотнения свои просадочные свойства. в грунт на требуемую глубину. Эффект уплотнения повышается
Трамбование грунта производится до тех пор, пока понижение ПРИ одновременной подаче воды через трубу (диаметром 26 мм
поверхности уплотняемого грунта от одного удара пада'ющей трам-и длиной 2—2,5 м) с отверстиями (рис. 115, б), которая предва-
бовки (отказ) не достигает постоянной величины: для песков — рительно погружается в грунт с помощью подмыва или ударами
0,5—1,0 см и для глинистых грунтов — 1—2 см. отбойного молотка (гидровиброуплотнение).
Для определения требуемого числа ударов падающей тяжелой Вибробулава устанавливается на расстояние 20—30 см от
трамбовки необходимо произвести опытное трамбование на неболь- трубки на поверхности грунта после полного насыщения его во-
шом участке е нивелированием поверхности уплотняемого грунта " ” ' пп nnmnc.
по забитым штырям. Результаты нивелирования изображают гра-
фически (рис. 114, б). Если естественная влажность грунта недоста-
точна, то за сутки перед трамбованием грунт
замачивают.
Одной трамбовкой в течение смены можно
уплотнить 100—150 м2 площади основания.
Вес трамбовки должен быть таким, чтобы
статическое давление от трамбовки на грунт
было не меньше 0,15—0,20 кг!см2.
Для определения требуемого числа ударов падающей тяжелой
его во-
Вибрационное уплотнение грунта
При вибрации, т. е. при колебательном
движении резко снижается трение между
частицами песчаного и крупнообломочного
грунта, в результате чего они могут взаимно
X
а)
Рис 115 Гидровиброуплотнение рыхлых песков:
а — гидровиброуплотияющая установка, б — схема уплотнения, Z — вибробулава:
2, 4 — труба для подачи воды, 3 — воронка в грунте
дой, о чем можно судить по появле-
нию воды на поверхности земли. Вода
нагнетается из расчета 40—50 л на
1 м? обрабатываемого грунта. Приве-
денная в действие вибробулава под
влиянием вибраций погружается в грунт.
В образовавшуюся скважину после из-
влечения вибробулавы засыпают песок,
который снова вибрируют. И так не-
сколько раз.
Расстояние между скважинами (от
0,5 до 1 м} вычисляют в зависимости
от радиуса зоны уплотнения, который
равен __
(84)
где q — вес вибратора, пт,
у0 — объемный вес вибрирующего
грунта, насыщенного водой, т/м9.
Мощность уплотняемого слоя может
доходить до 4 м.
После уплотнения грунта осадки осно-
вания уменьшаются в несколько раз
(до 10 раз).
Несущая способность уплотненного
грунта может быть проверена пробной нагрузкой. При этом осадка
штампа на уплотненном грунте оказывается в несколько раз меньше,
чем для такого же грунта до уплотнения (рис. 116).
Степень уплотнения грунта зависит от ускорений, возникающих
при колебаниях.
Рис 116 Графики зависи-
мости осадки S штампа от
нагрузки р:
/ _ для песка естественного
сложения, 2 — для песка, уплот
ненного вибрированием
Глубинное уплотнение грунта
песчаными и грунтовыми сваями
перемещаться под действием силы тяжести, и таким образом грунт
уплотняется.
Для глинистых грунтов вибрация не дает эффекта.
При помощи виброплиты (например, самоходной типа СУВ)
можно хорошо уплотнить песчаный или крупнообломочный грунт
на глубину до 70—100 см за один проход установки (рис. 115).
178
Песчаные сваи применяются для уплотнения слабых насыпных,
рыхлых песчаных грунтов. „
Сущность этого способа заключается в следующем. В слабый
грунт, подлежащий уплотнению, путем забивки или вибрирования
погружается стальная труба диаметром 325—500 мм, которая при
этом раздвигает и уплотняет грунт.
179
При забивке трубы на нее предварительно надевают снизу баш-
мак большего диаметра, остающийся в грунте. Забитая на требуе-
мую глубину труба постепенно заполняется песком или песчано-
гравийной смесью, которая при этом трамбуется слоями, а труба
извлекается из грунта. При извлечении трубы, осуществляемом
ступенями, в ней все время должна оставаться «пробка» песка вы-
сотой не менее 1—1,25 м.
Труба, погружаемая вибратором, заканчивается внизу баш-
маком, состоящим из четырех створок на шарнирах (рис. 117).
При погружении створки складываются и образуют конус, стяги-
Рис. 117. Инвентарный рас-
крывающийся башмак:
а — в раскрытом положении;
б — в закрытом положении; 1 —
стальная труба, 2 — створки;
3 — шарнир; 4 — кольцо
ваемый еще у вершины кольцом. После
погружения трубы на заданную глубину
ее заполняют песком на 1 м выше уплот-
няемой поверхности, заливают водой
и снова включают вибратор, чтобы уплот-
нить песок и облегчить извлечение трубы
из грунта. При вытаскивании трубы
створки башмака раскрываются, и песок
заполняет скважину.
Для песчаных свай применяются
крупные или средней крупности пески
или песчано-гравийные смеси, которые
содержат пылеватых и глинистых частиц
не более 3% и не должны содержать
включений крупнее 60 мм.
Сваи в плане размещаются в шах-
матном порядке, на равных расстояниях
друг от друга. Число рядом располо-
женных песчаных свай в продольном
и поперечном направлениях должно
быть не меньше трех, причем ось край-
него ряда свай должна выступать за внешнюю грань фундамента
на 0,1 его ширины, но не менее чем на 0,5 м. Расстояние между
осями свай определяется по такой формуле:
L = 0,952 dc 1/~,
Г 1 ТЕо
(85)
гдес! — диаметр свай; еупл — коэффициент пористости уплотненного
грунта; е0 — коэффициент пористости грунта до уплотнения.
Путем уплотнения грунта основания песчаными сваями можно
повысить его расчетное сопротивление в среднем в 2—3 раза.
Формулу (85) применяют в том случае, если требуется обеспе-
чить определенное расчетное сопротивление грунта основания.
Если же расчет производится из условия получения основанием •
осадки, не превышающей определенной величины f, то при уплот-
нении основания на всю сжимаемую толщу расстояние между песча-
ными сваями определяется по другой формуле:
£==(д+1)^’ <86)
180
где Д — допускаемая величина осадки фундамента на естественном
основании
(87)
здесь 7? — нормативное давление грунта, залегающего под подош-
вой фундамента;
F — площадь подошвы фундамента;
т] — коэффициент осадки естественного грунта, определяемый
по табл. 33.
ТАБЛИЦА 33
Значение коэффициента ц
Объемный вес грунта уо, т/Ма 1,4 1.45 1.5 1,55 1,6 1.65 1,7 1,75 1.8 1.85 1.9
«]1о« А- 1 /71“ 10 6,7 4,5 3 2 1,4 0,9 0,6 0,4 0,3 0,2
Ориентировочное количество материала q в тоннах на 1 м длины
сваи, в зависимости от диаметра трубы, может быть принято сле-
дующим:
Для dc=350 мм
» dc = 400 мм
» 9с = 450 мм
» dc = 500 мм
<7=0,183 т/м
9 = 0,240 т/м
? = 0,304 т/м
9 = 0,375 т/м
Слабые, глинистые, иловатые и лёссовидные просадочные грунты
могут быть уплотнены грунтовыми сваями, которые отличаются
от песчаных тем, что скважины постепенно заполняют перемятым
местным грунтом, который трамбуется в скважине после извлече-
ния из нее трубы. Для этого применяются чугунные трамбовки весом
не менее 350 кг.
Несущая способность основания, уплотненного грунтовыми
сваями, повышается до 40%.
Применение грунтовых свай для уплотнения лёссовых просадоч-
ных грунтов рассматривается в § 41.
Известковые сваи применяются для уплотнения водонасыщен-
ных глинистых и заторфованных грунтов. Изготовление их анало-
гично изготовлению песчаных свай, но вместо песка в трубу засы-
пается негашеная известь.
При гашении известь увеличивается в объеме почти вдвое, при
этом происходит дополнительное обжатие грунта между сваями.
Кроме того, прочность грунтов также увеличивается за счет физико-
химических процессов, происходящих при взаимодействии извести
и окружающего грунта. Повышение температуры, вызываемое га-
шением извести, ускоряет процесс уплотнения.
181
Расчет известковых свай производится так же как и расчет пес-
чаных свай, но вместо диаметра трубы при определении расстояния
между сваями, принимается диаметр известковой сваи с учетом рас-
ширения ее при гашении извести.
Предварительное обжатие грунтов
Предварительное обжатие грунтов применяется в слабых водо-
насыщенных и заторфованных грунтах при застройке большой
территории, а также при строительстве дорог в заболоченных
районах.
Обжатие грунтов может производиться либо пригрузкой в виде
насыпи, давление от которой равно или больше предполагаемого
давления от фундаментов, а также посредством понижения уровня
грунтовых вод с помощью иглофильтров или электроосушения (§ 26).
Понижение уровня грунтовых вод вызывает фильтрацию воды, что
приводит к уплотнению грунта и уменьшению его влажности. Этим
методом можно уплотнить толщу грунта на глубину до 35 м.
Для ускорения процессов фильтрации применяются песчаные
дрены. Вертикальные песчаные дрены представляют собой сква-
жины, заполненные песком. На поверхности устраивается песча-
ная подушка, объединяющая дрены. Такое устройство дренажной
системы позволяет сократить путь движения воды в глинистых
грунтах с малым коэффициентом фильтрации и сократить скорость
уплотнения грунта в несколько раз.
§ 30. ЗАКРЕПЛЕНИЕ СЛАБЫХ ГРУНТОВ
Грунт основания в целях повышения егб прочности, водонепро-
ницаемости, сопротивления размыву можно закрепить введением
в него специальных добавок, заполняющих поры и придающих
основанию более или менее монолитное строение.
В комплекс работ по закреплению грунтов входит: 1) приготов-
ление специальных добавок-растворов; 2) погружение в грунт спе-
циальных инъекторов для введения растворов; 3) нагнетание рас-
творов в грунт. Закрепление грунтов достигается цементацией,
битумизацией, силикатизацией, термическим обжигом их и другими
способами, описанными ниже.
Цементация грунтов
Цементация заключается в нагнетании в закрепляемый грунт
цементного молока (суспензии) или раствора с водой по трубам,
погружаемым в грунт. После окончания нагнетания раствор посте-
пенно твердеет и образует с грунтом прочное неразмываемое и слабо-
фильтрующее основание.
182
Цементация возможна в грунтах с порами (или трещинами),
размер которых значительно превосходит размер зерен цемента
(не менее чем в четыре раза). Поэтому цементация эффективна
в средне- и крупнозерни-
стом песке и неприменима
в мелкопесчаных и в глини-
стых грунтах.
Особенно рациональна
цементация в трещинова-
тых скальных, а также
в крупнообломочных грун-
тах.
Инъектор (рис. 118),
применяемый для введения
раствора в грунт, представ-
ляет собой цельнотянутую
трубу диаметром 19—
38 мм, оканчивающуюся
внизу коническим наконеч-
ником.' В нижней части
трубы имеются отверстия
диаметром 3—6 мм, распо-
ложенные на расстоянии
2—5 диаметров друг от
друга. Труба состоит из
звеньев длиной по 1,5 м,
соединяемых внутренними
муфтами.
Инъекторы погружают
в грунт путем забивки пнев-
матическими или ручными
молотами, механическими
копрами с молотами весом
50—100 кг или с помощью
вибропогружателей. При
большой глубине забивки,
доходящей до 15 м, инъек-
торы забивают в предвари-
тельно пробуренные сква-
жины.
Перед нагнетанием в
грунт цементного раствора
207
Ф60
Ф35
Ю
98
118. Инъектор
цементации и
Рис.
ДЛЯ
силикатизации
грунтов:
/ — наконечник; 2 —
перфорированное зве-
но; 3 — соединитель-
ный ниппель; 4 —
глухое звено; 5 —
наголовинк; 6 — нип-
пель; 7 — соедини-
тельная гайкз; 8 —
штуцер; 9 — хомуток;
10 — заглушка; 11 —
шланг
Ф25
Ф38
скважины промывают во-
дой под напором, чтобы вынести тонкие частицы грунта и очистить
поры, а также для того, чтобы на смачивание частиц грунта уже
не расходовалась вода из раствора.
Весовое соотношение цемента и воды в растворе рекомен-
дуется в пределах от 1 : 10 до 1 : 0,4 в зависимости от степени
водопоглощения цементируемых грунтов. От этого показателя
183
зависит и расстояние между инъекторами, которое может быть в пре-
делах от 1 до 3 м.
Сорт и марка цемента выбираются с учетом требуемой проч-
ности основания, режима грунтовых вод, степени их агрессивности
и других обстоятельств. Цемент должен быть не ниже марки 300.
Для разных грунтов радиусы закрепления их с помощью
цементного раствора составляют ориентировочно:
В трещиноватых скальных грунтах .... 1,2—1,5 м
В крупнообломочных (рунтах...........0,75—1 м
В крупных песках...................... 0,5—0,75 м
В песках средней крупности...........0,3—0,5 м
В мелких песках...................... 0,1—0,3 м
Давление, под которым должно производиться нагнетание рас-
твора, зависит от плотности грунтов и размеров их пор и трещин.
Ориентировочно на 1 м погружения инъектора принимается:
Для скальных и крупнообломочных грунтов . . . 0,25 атм
Для крупных песков .........................0,5 атм
Для песков средней крупности и мелких........ 1 атм
Требуемое количество раствора составляет от 15 до 40% от объ-
ема закрепляемого грунта.
Прочность и водонепроницаемость грунта прсле цементации
значительно увеличивается.
Битумизация грунтов
Технология битумизации грунтов сходна с технологией цемен-
тации. Нагнетание битума применяется для укрепления сильно
трещиноватых скальных пород и песчаных грунтов, в частности,
для прекращения фильтрации сквозь них грунтовой воды.
Битумизация производится нагнетанием в грунт расплавленного
битума или холодной битумной эмульсии.
Первый способ пригоден только для трещиноватых скальных
пород, так как грунт с мелкими порами слабопроницаем для вязкого
битума. В скальных же породах битум марки 3—5, разогретый
до температуры 200—220° С, проникает по трещинам на расстояние
до 100 м от инъектора.
Установка для горячей битумизации состоит из котла, насоса,
труб и инъекторов, обогреваемых электрическим током напряжением
около 12 в. Инъекторы устанавливают на 0,75—2 м друг от друга.
Они состоят из двух труб (внешняя — диаметром 100 мм и внутрен-
няя — диаметром 40 мм), опускаемых в скважину. Внутренняя
труба, имеющая отверстие диаметром 10—16 мм для выхода битума,
опускается глубже. Битум подается под давлением до 25—30 атм.
Холодная битумная эмульсия состоит из битума, расщепленного
в воде при помощи эмульсатора на мельчайшие взвешенные час-
тицы (60% битума и 40% воды).
184
У холодных жидких битумных эмульсий проницаемость больше
по сравнению с разогретым битумом, что позволяет использовать их
для укрепления песчаных грунтов. Битумные эмульсии вводятся
под давлением и, заполняя поры, связывают и укрепляют грунт.
Силикатизация грунтов
Попытки превращения рыхлых грунтов в твердые, окаменелые
предпринимались давно. К настоящему времени В. В. Аскалонов
Z и Б. А. Ржаницып разработали надежные методы силикатизации
сухих и водонасыщен пых песков, плывунов и лёссовых грунтов.
Силикатизация проводится с целью повышения прочности грунтов,
их устойчивости и водонепроницаемости.
Z Силикатизация грунта состоит в том, что в него посредством
пнъекторов такого же типа, но с более мелкими отверстиями (1—
1,5 мм), чем для цементации, нагнетаются те или иные химические
растворы (два или один), которые отвердевают вследствие цемен-
тирующей способности геля кремниевой кислоты (SiO2) и закре-
пляют грунт.
Процесс силикатизации песчаных грунтов состоит из последо-
вательного нагнетания под давлением до 15 атм двух растворов:
силиката натрия, т. е. жидкого стекла Na2O-nSiO2 и хлористого
кальция СаС12, которые вступают друг с другом и с водой в химиче-
скую реакцию. В результате образуется гель кремниевой кислоты,
гидрат окиси кальция, т. е. известь — Са(ОН)2 и хлористый нат-
рий — NaCl.
Жидкое стекло должно иметь модуль т, т. е. отношение крем-
незема SiO2 и окиси натрия Na2O в пределах от 2,5 до 3. Для умень-
шения вязкости раствор жидкого стекла подогревают до 60—80°.
Концентрация раствора жидкого стекла в воде характеризуется
удельным весом раствора 1,35—1,44 т/м? в зависимости от коэф-
фициента фильтрации грунта.
Схема установки для силикатизации песчаного грунта показана
на рис. 119.
Вследствие быстрой реакции между обоими растворами этот
способ рекомендуется для грунтов с хорошей водопроницаемостью:
с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут.
Прочность закрепленных грунтов характеризуется их пределом
прочности на сжатие 15—35 кг/см2. Общий расход реагентов 200 —
250 л на 1 м3 закрепляемого грунта, в том числе 45% жидкого стекла
и 55% хлористого кальция.
Плывуны закрепляются посредством нагнетания в грунт под
i давлением (до 5 атм) 'слабого раствора фосфорной кислоты Н3РОа
с добавлением жидкого стекла. В результате химической реакции,
продолжающейся от 4 до 10 ч, образуется гель кремневой кислоты
и фосфорнокислый натрий Na3HPO4. Объемное соотношение между
фосфорной кислотой и жидким стеклом составляет в среднем 3,5 : 1.
Предел прочности закрепленного плывуна равен 4—5 кг/см2.
185
Для закрепления лёссовых грунтов в них нагнетается (под дав-
лением до 5 атм) раствор жидкого стекла, который вступает в ре-
акцию с содержащимися в этих грунтах солями кальция. В резуль-
тате образуется гель кремневой кислоты, гидрат окиси кальция
и сернокислый натрий Na2SO4. Предел прочности закрепленного
лёссового грунта — 6—8 кг/см2. Инъекторы для нагнетания рас-
творов располагаются в шахматном порядке с расстоянием между
рядами в каждом направлении от 0,5 до 1,5 м в зависимости от вида
грунта, его коэффициента фильтрации и способа закрепления.
Рис. 119. Схема установки для силикатизации пес-
чаного грунта:
1 — котел для получения пара, необходимого для разо-
гревания раствора: 2 — чан для приготовления раствора;
3 — насоо для нагнетания растворов в грунт. 4 — ре-
гистратор давления, под которым раствор подается
в грунт; 5 — трубки ииъектора; 6 — радиус распростра-
нения раствора от оси инъектора
Однородные по коэффициенту фильтрации грунты закрепляются
«заходками» сверху вниз. При неоднородных основаниях в первую
очередь закрепляются грунты с большими коэффициентами филь-
трации, независимо от глубины их залегания.
Силикатизация грунтов успешно применялась на строительстве
первой очереди Московского метрополитена им. В. И. Ленина для
закрепления грунтов под некоторыми зданиями, расположенными
вдоль трассы.
Термическое закрепление (обжиг) грунтов
Обжиг применяется для закрепления просадочных лёссовидных
и пористых суглинистых грунтов. Существуют два способа обжига
грунтов.
Сущность первого способа, предложенного Н. А. Осташевым,
заключается в том, что в грунт через скважины нагнетается воз-
дух с температурой 600—800°. Этот способ целесообразен в тех
случаях, когда может быть использован горячий газ действующих
предприятий.
186
Установка для термической обработки грунта в этом случае
состоит из печи со змеевиком для нагрева воздуха, компрессора
и трубопроводов (рис. 120).
Второй способ, предложенный И. М. Литвиновым, Ф. А. Бе-
ляковым и ГТ. К. Черкасовым, состоит в том, что непосредственно
в толще укрепляемых грунтов сжигается газообразное жидкое
или твердое топливо, распыляемое под давлением 0,15—0,5 атм
форсунками (рис. 121). Макси-
® 5 мальная температура газов
в скважине во избежание
Рис. 120. Схема установки для терми-
ческого закрепления обжигом проса-
дочных лёссовых грунтов:
1 — просадочный грунт; 2 — непросадоч-
ный грунт; 3 — компрессор; 4 — трубо-,
провод для холодного воздуха, 5 — агре-
гат с печью для нагревания воздуха;
6 — трубопровод для горячего воздуха,
7 — затвор скважины; 8 — скважина;
9 — зона термического укрепления грунта
Рис. 121. Схема установки для терми-
ческого закрепления просадочных лёс-
совых грунтов сжиганием топлива
непосредственно в скважине:
1 — просадочный грунт; 2 — непросадоч-
ный грунт, 3 — компрессор; 4 — трубо-
провод для холодного воздуха; 5 — ем-
кость для жидкого горючего; 6 — насос
для подачи горючего под давлением в сква-
жину, 7 — трубопровод для горючего,
8 — фильтр, 9 — форсунка, 10 — затвор
с камерой сгорания, 11 — скважина; 12 —
зона термического укрепления грунта
плавления грунта не должна превышать 1000°. Этот способ более
эффективен, экономичен и не требует такого громоздкого обору-
дования, как первый.
Скважины диаметром 10—20 см следует располагать по прямо-
угольной сетке или в шахматном порядке на расстоянии 2—3 м
4 друг от друга. Глубина их проходки от 6 до 15 м.
Количество воздуха, подаваемого в скважину, колеблется в пре-
делах 10—40 м3 в час на 1 м глубины скважины. На эту единицу
глубины требуется в среднем 100 кг жидкого топлива.
• В течение 5—10 дней от одной скважины можно обжечь массив
грунта диаметром 1,5—2,5 м. Процесс обжига считается закончен-
ным, если внутри скважины будет сожжено расчетное количество
топлива, необходимое для закрепления столба грунта. После этого
скважина заполняется плотно утрамбованным в ней грунтом. В ре-
зультате обжига лёссовидный грунт упрочняется, утрачивает свою
187
просадочность, способность набухать и давать усадку. Однако водо-
проницаемость такого грунта сильно повышается.
Во время обжига и до тех пор, пока не остыл обожженный грунт,
нельзя допускать попадания в скважины поверхностных вод.
В последнее время стал применяться способ электроплавления
плывунов при температуре 2000—2500° для их проходки. При этом
способе вокруг проводников, помещенных в грунт, из спекшегося
грунта получается монолитное ограждение.
В. С. Подъяконовым предложен новый способ уплотнения грунта
пламенем, который позволяет оставлять все оборудование на поверх-
ности, перемещать пламя в скважине, и тем способствовать более
эффективному ходу термохимического уплотнения грунтов.
Электрическое закрепление грунтов
В § 26 уже был рассмотрен вопрос об электроосушении грунтов.
Развитием этого метода является электроосмотическое закрепление
грунта, т. е. подсушка грунта для улучшения его строительных
свойств.
Этот метод применим для грунтов с невысокими коэффициен-
тами фильтрации — для водонасыщенных пылеватых песков (плы-
вунов) и глинистых грунтов (супесей, суглинков, глин и иловатых
грунтов).
Для закрепления грунта через него пропускается постоянный
электрический ток напряжением 30—100 в и плотностью от 0,5
до 7 а на 1 ж2 вертикального сечения грунта. Электроды в виде
трубчатых металлических стержней или иглофильтров забиваются
в грунт параллельными рядами через 0,6—1 м.
Глинистые и илистые грунты, подвергнутые в течение длитель-
ного времени электроосмосу, приобретают другие свойства. Напри-
мер, глина переходит в более плотное твердое состояние и перестает
подвергаться пучению.
Расход электроэнергии для закрепления 1 ж2 глинистого грунта
составляет более 40 квт-ч, в то время как для электроосушения
требуется oi 2 до 40 квт-ч.
Процесс электрозакрепления грунта ускорится, если вводить
в грунт раствор хлористого кальция через трубу, служащую диодом.
Электрозакрепление можно применять для увеличения несущей
способности илов и глины.
Химическое закрепление грунтов
синтетическими смолами
Применение синтетических смол для закрепления грунтов ис-
следовалось проф. Б. А. Ржаницыным. Было установлено, что эти
смолы затвердевают на холоде при наличии органических и не-
органических кислот (щавелевой, соляной, аммиака и др.). Наиболее
188
быстрое закрепление (за 3—4 ч) получается при применении 5% -кого
раствора соляной кислоты НС1.
Прочность закрепленного грунта зависит от концентрации смолы
и гранулометрического состава.
Для закрепления грунтов синтетическими смолами применяются
установки, аналогичные установкам силикатизации грунта. Сначала
в скважину нагнетается раствор соляной кислоты HCi, затем смола.
Опыт применения закрепления песчаных грунтов карбомидной
смолой под фундаментами сцены театра оперы и балета в Ленин-
граде и на других объектах показал, что прочность грунтов после
смолизаиии достигает до 30—50 кг1смг
Исследования в области химического закрепления грунтов про-
должаются.
ГЛАВА IX
СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
§ 31. СВАИ И СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Виды свай и свайных фундаментов
Сваей называется стержень, погруженный в грунт для пе-
редачи нагрузки от сооружения. Свайные фундаменты устраи-
ваются на слабом грунте основания, а также на местности, по-
крытой водой.
Подошву свайного фундамента можно опустить на большую глу-
бину от поверхности земли и довести до плотного грунта без устрой-
ства глубоких котлованов и траншей.
Однако назначение свай состоит не только в том, чтобы достигнуть
своими нижними концами слоя плотного грунта. Сваи сами могут
уплотнить слабый грунт.
В соответствии с этим сваи по характеру их работы разделяют
на сваи-стойки и висячие сваи (рис 122).
Сваями-стойками называются сваи, которые опираются нижним
концом в плотные, практически несжимаемые грунты (например
скальные или гравелистые) и передают нагрузку только через
острие.
Висячими сваями называются сваи, которые опираются нижним
концом на сжимаемые грунты и передают нагрузку через острие
и по боковой поверхности.
Свайный фундамент состоит из отдельных свай, головы которых
связаны балкой или плитой, называемой ростверком.
Различают низкий свайный ростверк (когда головы свай за-
глублены ниже поверхности грунта) и высокий свайный ростверк
(больверк), когда верхние части свай находятся выше уровня грунта
(рис. 122).
В настоящее время свайные фундаменты широко применя-
ются вместо фундаментов на естественном основании как для
гражданских, так и для ряда промышленных сооружений
(рис. 123).
190
Применение свайных фундаментов сокращает в 7,5—13 раз
объем земляных работ, особенно затруднительных зимой и в город-
ских условиях, и уменьшает объем бетонных работ по устройству
фундамента в 1,5—2,5 раза. В результате стоимость строительства
фундаментов можно снизить до 30—50%.
Рис 122 Свайные фундаменты
а — сваи стойки, б — висячие сваи, в — с низким рост
верком, г — с высоким ростверком, / — стена здания,
2 — фундамент неглубокого заложения, 3 — ростверк,
4 — торф 5 — суглинок, 6 — слабый суглинок, 7 —
плотная глина
Сваи разделяются по определенным признакам на некоторые
виды:
а) по материалу: деревянные, железобетонные, металлические,
бетонные и комбинированные;
б) по форме поперечного сечения: круглые, квадратные, прямо-
угольные, многоугольные, открытого профиля, пустотелые и труб-
чатые;
в) по форме продольного сечения цилиндрические, конические,
пирамидальные с уширенной пятой и телескопические.
191
В зависимости от способа погружения сваи могут быть двух
видов: забивные и набивные. Забивные сваи изготовляются обычно
па заводах железобетонных конструкций, а затем погружаются
в грунт.
Забивные сваи погружаются в грунт одним из следующих
способов:
забивкой, т. е. ударами свайных молотов; струей воды, раз-
мывающей грунт, с последующей добивкой свайными молотами,
вибрированием, давлением, завинчиванием.
।
I
I
I
Рис 123 Замена фундаментов на естественном ос- |
ковании свайными. ।
а — фундамент под наружную стену нз сборных блоков,
б — фундамент под наружную стену нз коротких свай |
в — фундамент под внутреннюю стену нз коротких свай.
г — столбчатый и свайный фундаменты под колонну,
/ — колонна, 2 — сборные стеновые блоки 3 — гидро-
изоляция, 4 — ростверк. 5 — сваи сечением 24 X 24 см [
и длиной 4 м, b — сборные фундаментные блоки, 7 — £
песчаная подготовка Д
Набивные сваи изготовляются непосредственно на строитель-
ной площадке путем заполнения скважин в грунте бетоном или
грунтобетоном. Вид набивных свай будет зависеть от способа их 1
изготовления.
192
।
Деревянные сваи
Деревянная свая — это обычное бревно, чаще всего сосновое
или еловое. Длина свай бывает от 4 до 12 м, диаметр в тонком конце
от 18 до 34 см (ГОСТ 9463—60). Бревно должно быть очищено от
коры и сучьев и заострено. Заостренная часть должна иметь
три — четыре грани. При забивке в плотные грунты деревянных
свай на заостренных концах их монтируют металлические баш-
маки.
Деревянные сваи необходимо защищать от гниения, особенно
интенсивного в пределах колебания уровня грунтовых вод, т. е
там, где влажность древесины свай может меняться. Поэтому головы
свай необходимо располагать ниже самого низкого уровня грунто-
вой воды.
В тех случаях, когда в дальнейшем возможно понижение уровня
грунтовой воды (устройство дренажа, канализации, местного осуше-
ния), применять деревянные сваи нельзя.
Недостатком деревянных свай являклся: малый срок службы
в зоне переменной влажности грунта из-за загнивания, ограничен-
ность ходового сортамента леса и недостаточная несущая способ-
ность при особо тяжелых нагрузках.
Для увеличения несущей способности деревянных свай можно
соединить три-четыре бревна в пакеты.
Железобетонные сваи
Преимущества этих свай в том, что их можно изготовить инду-
стриальными способами на заводах сборного железобетона. Желе-
зобетонные сваи применяют независимо от уровня грунтовой воды.
К недостаткам железобетонных свай следует отнести значитель-
ный расход металла и возможность разрушения бетона под влиянием
химически агрессивной, особенно соленой воды.
Применяются железобетонные сваи квадратного, многоуголь-
ного и кольцевого поперечного сечения. Изготовляются они из
бетона марки 200—300 с продольной рабочей арматурой и попереч-
ной арматурой в виде хомутов или спирали (рис. 124, а, б). Наиболее
часто применяются железобетонные сваи квадратного поперечного
сечения размером от 20 х 20 до 40 х 40 см и длиной от 5 до 20 м
в соответствии с номенклатурой свай ГОСТ 10628—63.
В -настоящее время применяются также железобетонные сваи
с предварительно напряженной арматурой призматической и пира-
мидальной формы. На такие сваи требуется меньше арматуры, они
более трещиностойки. Эти качества особенно важны при нахожде-
нии свай в химически агрессивной среде и в суровых климатических
условиях.
В настоящее время разработаны сваи без поперечной арматуры,
армированные только по центру 2-мя или 4-мя предварительно
напряженными стержнями.
7 Зак. 143
193
Следует обратить внимание на то, что арматура железобетон-
ных свай необходима для придания сваям прочности лишь в про-
цессе их транспортирования и забивки.
Рис. 124. Железобетонные сваи:
а — монолитная квадратного сече-
ния; б — трубчатая свая; в — пусто-
телая свая квадратного сечения
В последние годы для гражданского строительства стали при-
менять призматические и пирамидальные сваи квадратного сечения
с круглой полостью (рис. 124, е). Эти сваи изготовляются на стен-
194
Рис. 125. Наголовник железобетонной
забивной сваи:
а — план; б — разрез по АВ (размеры
в мм)
дах, предназначенных для изготовления многопустотных перекры-
тий. Применение этих свай позволяет снизить расход бетона до 40%
и увеличить производительность забивки за счет снижения их веса.
Чтобы не испортить сваи при перевозке, запрещается поднимать
их иначе, чем за специальные захватные проушины. В противном
случае в сваях возникают тре-
щины в результате поперечного
их изгиба.
Железобетонные сваи погру-
жают в грунт забивкой, подмы-
вом, вибрированием или завин-
чиванием.
При забивке железобетонной
сваи верх ее (голова) защищает-
ся специальным наголовником
(рис. 125) от повреждения бетона
ударами молота.
В верхней части литой наго-
ловник снабжен дубовой про-
кладкой с бугелями, т. е. обру-
чами, а в нижней части при за-
бивке сваи устанавливается вто-
рая прокладка — мешок с опил-
ками или обрезками подогнан-
ных досок. Размеры наголов-
ника должны соответствовать по-
перечному сечению сваи с зазо-
рами не более 1 см.
Трубчатые (пустотелые) же-
лезобетонные сваи (рис. 124, б),
диаметром от 0,3 до 2 м и даже
до 9 м изготовляют на заводах сборного железобетона центробеж-
ным способом или в виброформах. Сваи погружают отдельными
звеньями, которые сваривают в торцах при помощи колец, связан-
ных продольный арматурой, или же фланцевыми соединениями
на болтах *.
Для погружения завинчиванием эти сваи изготовляют с метал-
лическими винтовыми лопастями внизу.
Стальные сваи
Эти сваи бывают открытого профиля в виде стального проката или
J трубчатые. Стальные сваи погружают в грунт забивкой, вибриро-
ванием или завинчиванием. В последнем случае на нижнем конце
сваи делается винтовая лопасть.
* Мощные трубчатые железобетонные сваи глубокого заложения рассматри-
ваются в § 38.
у*
195
Грунт, находящийся внутри полости трубчатой сваи, можно
оставить в ней или же удалить и заменить бетоном (трубобетонные
сваи).
Применять стальные сваи из-за их высокой стоимости и большого
расхода стали разрешается лишь в исключительных случаях, на-
пример, в очень плотных грунтах, в которые невозможно забить
железобетонные сваи.
Бетонные сваи
Способов изготовления бетонных свай существует очень много,
однако в нашей строительной практике применяются только наибо-
лее совершенные, описанные в § 32.
§ 32. ПОГРУЖЕНИЕ СВАЙ В ГРУНТ
Забивка свай
Для забивки свай применяют копры или передвижные установки
со свайными молотами.
Копер — металлическая передвижная конструкция, предназ-
наченная для установки и направления свайного молота и забивае-
мых свай в течение всего процесса забивки.
Вместо копров при забивке свай часто используют передвижные
краны с подвесными стрелами. Подвесная стрела входит в комплект
сменного оборудования универсальных кранов-экскаваторов
(рис. 126, а, б).
Передвижные стреловые краны имеют преимущества перед
копрами ввиду легкости маневрирования, возможности обслужить
большую площадь забивки с одной стоянки и малой затраты вре-
мени на передвижку. Они получили широкое применение.
Кроме того, в настоящее время существует несколько новых
типов подвижных копровых установок на базе трактора и трубо-
укладчика (рис. 127, а).
Для массового поквартального строительства рекомендуются
разработанные «Фундаментпроектом» и НИИ оснований установки
на рельсах, которые прокладываются по бровке котлована
(рис. 127, б).
Свайные молоты различаются по видам конструкций (способу
работы), весу и мощности.
По способу работы молоты разделяются на подвесные, паровоз-
душные и дизельные (см. рис. 126, в).
Подвесные молоты (механические) — это чугунные отливки
весом от 400 до 1000 кг, имеющие сверху проушину для подъема.
Поднимается молот ручной или механической лебедкой, а сбрасы-
вается с помощью специального спускового рычага или путем
выключения сцепления барабана фрикционной лебедкой. Подвесные
молоты применяются только при небольших объемах работ.
196

Паровоздушные молоты, как показывает название, приводятся
в действие давлением пара или сжатым воздухом (6—8 ат). Имеется
много различных типов молотов этой группы весом от 100 до 10 000 кг
Рис. 127. Установка для погру-
жения свай:
а — копер на базе трактора; б —
траверза тележки; в — установка
для вдавливания
Дизель-молоты отечественного
и обладающих разнообраз-
ными' техническими харак-
теристиками. Молоты так
называемого двойного дей-
ствия можно использовать
без копров, устанавливая
их непосредственно на го-
лову сваи 'и лишь слегка
придерживая тросом, при-
крепленным к крюку крана.
Дизель-молоты (штан-
говые и трубчатые) рабо-
тают по принципу двухтак-
тного дизеля и приводятся
в действие энергией взры-
вов горючего, вспрыскива-
емого в цилиндр.
производства (С-254, С-672 и
штанговые) имеют общий вес от 1250 до 5800 кг, а вес ударной части
от 600 до 3500 кг. Большое преимущество дизель-молотов перед
198
паровоздушными заключается в том, что для них не требуется уста-
новки парового котла или компрессора для сжатия воздуха, а также
паропровод или воздухопровод.
Различные стадии работы дизель-молота показаны на рис. 126, в.
Процесс забивки свай можно расчленить на три основные рабо-
чие операцци: а) подъем и установка сваи; б) забивка сваи и в) пере-
мещение оборудования от забитой сваи к следующей.
Последовательность работ при забивке свай:
1. Копер с закрепленным в нижней его части молотом передви-
гают на место забивки, проверяют его установку по уровню и отвесу
и закрепляют неподвижно.
2. Молот поднимают вверх и закрепляют.
3. Очередную сваю подтягивают канатом к копру, поднимают,
устанавливают точно на место забивки по отвесу и .подвижно скреп-
ляют со стрелами.
4. После проверки положения сваи осторожно (без удара) опу-
скают на ее голову на канате молот, отчего свая входит в грунт
на некоторую глубину.
5. Молот поднимают, положение сваи выверяют, на ее голову
надевают наголовник и снова опускают молот.
6. Забивку сваи начинают легкими ударами молота с высотой
подъема молота 0,3—0,4 м, затем переходят к более сильным ударам,
доводя постепенно высоту подъема молота до расчетной величины,
определяемой из условия прочности материала сваи.
7. Забивка свай производится серией ударов, следующих один
за другим без перерыва (так называемый залог).
Величина залога принимается: 10—20 ударов для паровоздуш-
ного молота, 20—30 — механического и 50—100 — для дизель-
молота.
После каждого залога замеряется величина погружения сваи
в грунт, и результат заносится в журнал свайной бойки.
При значительной частоте ударов (до 300 в мин) замеряют время
работы молота на каждый метр погружения сваи.
8. Концом забивки свай считают получение заданного от-
каза.
Отказом называется величина погружения сваи от одного удара.
Отказ, положенный в основу расчета свай, называется заданным
или контрольным.
Забивку заканчивают тогда, когда фактическое погружение
сваи, постепенно уменьшаясь с глубиной забивки, достигает задан-
ного отказа.
В процессе погружения свай необходимо производить следующие
изменения.
- 1. При забивке механическими молотами и дизель-молотами
в начале погружения сваи отсчитывается число ударов на каждый
метр погружения и отмечается средняя высота падения ударной
части молота.
При достижении сваей проектной отметки, а также в случае,
когда отказ по своей величине оказывается близким к заданному,
199
забивка свай производится залогами, причем величина погружения
измеряется после каждого залога.
2. При забивке паровоздушными молотами в начале погружения
сваи необходимо замерить время работы молота, расходуемое на
каждый метр погружения, а также величину среднего давления пара
(воздуха) в цилиндре молота. Когда свая достигнет проектной от-
метки, следует определить величину погружения ее за 1 мин, частоту
ударов молота, а также величину давления пара (воздуха) в ци-
линдре молота.
В отдельных случаях при небольшой длине свай (3—5 м) целе-
сообразно погружать их в грунт вдавливанием. Вдавливание про-
изводится домкратами или специальной установкой (рис. 127, в).
смонтированной на двух тракторах.
Погружение свай подмывом
При забивке свай в песчаные и гравелистые пески в них разви-
ваются значительные силы сопротивления, которые препятствуют
погружению сваи. В этом случае для облегчения погружения
применяется подмыв грунта у острия
свай водой. Вода подается под напо-
ром от 4 до 25 ат через две подмыв-
ные трубки диаметром от 37 до 75 мм
(рис. 128). Выходя из специального
наконечника сильной струей, вода
размывает грунт под острием сваи
и затем поднимается на' поверхность
вдоль сваи.
Грунт, окружающий сваю, иногда
размывается настолько, что свая по-
гружается под действием своего соб-
ственного веса или веса сваи и мо-
лота. После прекращения подачи воды
силы трения между грунтом и сваей
восста навл иваются.
Рис. 128. Установка на копре для погру-
жения свай с подмывом:
1 — труба к насосу; 2 — гибкий шланг; 3 — про-
тивовес; 4 — труба для размыва; 5 — свая; 6 —
размываемый грунт
В некоторых случаях подмыв и забивку сваи чередуют.
Подмыв заканчивают, не доходя примерно на 1 м до проектной
отметки, а на оставшуюся глубину свая погружается забивкой
до получения требуемого отказа.
Подмыв свай для их погружения нельзя вести вблизи фунда-
ментов существующих зданий, подземных сооружений и коммуни-
каций, если это может вызвать осадку грунта под ними.
200
Погружение свай вибрированием
Забивка свай не может считаться технически совершенным спо-
собом из-за громоздкого оборудования, трудоемкости и стоимости.
Более прогрессивен разработанный и внедренный нашими совет-
скими учеными и инженерами (Д. Д. Барканом и другими) вибра-
ционный способ погружения свай в раз-
личные грунты.
Вибрацию (сотрясение) сваи произво-
дит вибропогружатель, прочно прикреп-
ленный к свае во время работы. Вибро-
погружатель приводится в действие
'электродвигателем. Под действием ви-
брации временно ослабляется взаимная
связь частиц грунта, особенно в песке,
и связь их со сваей. В итоге умень-
шается сопротивление грунта, и вибри-
рующая свая погружается в грунт от
собственного веса и веса вибропогружа-
теля. Скорость погружения при этом зна-
чительно большая, чем при воздействии
забивных Снарядов. Величина эта в супе-
сях и суглинках меньшая, чем в песках.
Вибрационный способ применялся и
дал большую экономию времени и средств
на строительстве наших крупнейших
гидроэлектростанций.
Вибрирование можно применять и
для извлечения свай и шпунта из грунта.
Наилучший эффект вибропогружателя
бывает при частоте 400—600 колебаний
в минуту. Для погружения легких свай
и шпунта применяют вибропогружатели
И с более ВЫСОКОЙ частотой. Рис. 129. Вибровдавливаю-
Эффект вибропогружения еще более щий агрегат ВВПС-20-11
увеличивается в случае, если вибраци-
онное действие вибропогружателя сочетается с ударным. Такие
вибропогружатели, предложенные С. А. Цаплиным, называются
вибромолотами. Они дают высокую производительность не только
при погружении свай в песчаные и гравелистые грунты, но и в гли-
нистые.
В настоящее время промышленностью изготовляется несколько
типов вибраторов и вибромолотов весом от 1,15 До 8 т.
Погружение свай вибропогружателем можно разделить на сле-
дующие основные операции:
1) заправка и закрепление сваи в наголовнике вибропогружателя;
2) подъем и установка сваи на место погружения;
3) погружение;
4) снятие вибропогружателя.
201
Для успешного погружения сваи в грунт вибропогружатель
должен быть жестко прикреплен к свае так, чтобы их продольные
оси были совмещены.
Направление движения вибрируемой системы дают ролики,
имеющиеся на корпусе вибропогружателя.
Для работы вибропогружателей требуется источник электро-
энергии.
Бригада, производящая погружение свай этим способом, состоит
из 6—8 человек.
Как показала практика, на скорость погружения свай оказывает
большое влияние вес вибропогружателей. В связи с этим были
созданы вибровдавливающие агрегаты, при работе которых на сваю
действует не только вес вибропогружателя, но и используется
вдавливающее усилие от веса копра (рис. 129).
Завинчивание свай
При устройстве анкерных свай, рабо-
тающих на выдергивание, применяются
винтовые сваи, которые погружаются
завинчиванием. Винтовые сваи неболь-
ших диаметров погружаются с помощью
специальных машин (рис. 130). Сваи с
небольшим диаметром и длиной больше
8 м погружаются с помощью кабестана,
который надевается на верхнюю часть
сваи (см. § 38, рис. 155). Неподвижная
часть кабестана закрепляется тросовыми
оттяжками, которые служат опорами,
воспринимающими реактивный момент,
возникающий при завинчивании сваи,
и передают его анкерам или лебедкам.
Рис. 130. Завинчивание свай:
а — винтовая свая; б — разрез сваи; в — машина для
завинчивания свай; 1 — ствол сваи; 2 — инвентар-
ная оболочка; 3 — стержень для закрепления сваи
202
Необходимое направление погружаемой свае дается Подтягива-
нием или ослаблением этих тросов.
Вес кабестанов составляет от 5 до 25 т при мощности электро-
двигателей от 16 до 56 кет.
Бригада, погружающая сваи завинчиванием, состоит из 8—9 че-
ловек.
Набивные сваи
Набивные сваи изготовляют в скважине, предварительно про-
битой или пробуренной в грунте. Затем скважину заполняют бето-
ном и трамбуют его.
Набивные сваи впервые предложил русский горный инженер
А. Э. Страус в 1899 г. По его способу одновременно с бурением
скважины в нее опускается обсадная труба. После достижения
проектной отметки приступают к бетонировайию и одновременно
постепенно извлекают обсадную трубу. Бетонирование с трамбова-
нием производят после откачки из скважины воды слоями толщиной
Рис. 131. Изготовление свай Страуса:
1 — ударно-вращательный механизм; 2 — обсадная труба;
3,4 — буровой инструмент; 5 — бадья для загружения
бетона; 6 — столб бетона в трубе до трамбования; 7 — трам-
бовка; 8 — готовая свая
1—1,5 м. При этом бетон, выходя из обсадной трубы, вдавливается
в грунт. Чем слабее грунт, тем больше получаются утолщения
(рис. 131).
При бетонировании и подъеме обсадной трубы необходимо
следить за тем, чтобы бетонная масса все время заполняла нижнюю
часть трубы. В противном случае в обсадную трубу может прорваться
грунт, который нарушит монолитность сваи и резко снизит ее несу-
щую способность.
Набивные сваи можно усиливать арматурой, которую в виде
каркаса опускают в скважину перед бетонированием.
Для так называемых частотрамбованных свай скважины де-
лаются путем забивки стальной трубчатой сваи, снабженной внизу
чугунным башмаком, остающимся в грунте (рис. 132). Труба-
203
оболочка после заполнения ее бетоном извлекается под воздействием
частых ударов специального молота. От ударов вверх оболочка
постепенно извлекается, а от ударов вниз осаживается назад, но уже
на меньшую величину. При этом удары, направленные вниз, уплот-
няют бетон, который втрамбовывается в окружающий грунт. Несу-
щая способность частотрамбованных свай не уступает несущей
способности свай, забиваемых в грунт.
Сваи-франки, так же, как и частотрамбованные, изготовляются
в трубе, погруженной забивкой. Вместо наконечника используется
бетонная пробка, изготовленная из сухой бетонной смеси, уплот-
ненной специальной трамбовкой. Погружение трубы производится
Рис. 132. Процесс изготовления частотрамбованные свай:
а — забивка трубы, б — установка арматурного Раркаса, в — уклад-
ка бетонной смеси, г — трамбование бетона и извлечение обсадной
трубы, I — молот, 2 — обсадная труба; 3 — чугунный башмак;
4 — арматурный каркас; 5 — ходовые брусья, 6 — бадья с бетоном;
7 — бетон; 8 — готовые сваи
в результате ударов молота по пробке, которая погружается вместе
с трубой.
При достижении проектной глубины пробка выбивается из трубы
и образует уширение. Затем труба заполняется постепенно отдель-
ными порциями бетона и извлекается из грунта с одновременным
трамбованием бетона. Эти сваи широко применяются в Польше и дру-
гих странах. В СССР также имеется несколько таких установок
для изготовления свай.
Преимущество буровых набивных свай заключается в том, что
при их изготовлении не бывает сотрясений, которые могли бы по-
вредить соседним зданиям или сооружениям.
Недостаток набивных свай — трудность контроля их качества
и необходимость выдерживания до приобретения проектной мощ-
ности. Кроме того, набивные сваи сильнее подвергаются агрессив-
ному действию грунтовой воды в период твердения бетона.
204
В последние годы в строительстве стали применяться набивные
сваи с уширенной нижней частью. Это уширение может устраиваться
различными способами: взрывом, разбуриванием, механическим
вдавливанием.
Полость в грунте, которая получается при взрыве заряда, на-
зывается камуфлетом, поэтому такие сваи получили название
камуфлетных.
Для изготовления свай с камуфлетными уширенными пятами
в грунт погружается стальная или железобетонная оболочка,
в нижний конец которой опускают заряд взрывчатого вещества
с электродетонатором, соединенным проводами с подрывным меха-
низмом (рис. 133). После опускания заряда нижняя часть оболочки
Рис. 133. Процесс изготовления камуфлетных свай:
а — бурение скважины; б — установка обсадной трубы с во-
ронкой, в — опускание заряда ВВ и заполнение скважины литым
бетоном; г — образование пяты взрывом заряда, д — добетони-
рование пяты и сван до проектной отметки, е — перестановка
трубы в следующую скважину, ж — погружение железобетон-
ных свай; / — буровой агрегат, 2 — скважина, 3 — стреловой
кран; 4 — инвентарная обсадная труба с воронкой; 5 — вибро-
бадья; 6 — взрывная электросеть; 7 — литои бетон; 8 •— заряд
ВВ; 9 — камуфлетная пята; 10 — уплотненная зона грунта;
11 — вибропогружатель, 12 — железобетонная свая саойка
заполняется сильнопластичным или литым бетоном. При взрыве
заряда в грунте образуется под давлением газов шаровидная или
грушевидная полость, в которую сползает бетон из оболочки, об-
разуя на конце сваи уширение, сильно повышающее несущую спо-
собность сваи.
Верхняя часть сваи изготовляется или монолитной бетонной,
или сборной. В последнем случае в скважину опускается железо-
бетонная свая, нижний конец которой заделывается в бетон уши-
рения . <
Сваи с уширенной пятой могут изготавливаться также спо-
собом бурения. В этом случае уширение устраивается с помощью
специального разбуривающего устройств’а. Часто такие сваи
имеют большой диаметр и рассматриваются как опоры (см. § 38).
205
Конструкция ростверков
Ростверком обычно называют балку или подушку, которая свя-
зывает головки свай в единый фундамент. Назначение ростверка —
[-1 передача нагрузок от сооружения
на сваи. Ростверки могут быть
монолитные и сборные (рис. 134,
135, 136).
Для свайных фундаментов в
виде лент или кустов из Двух-
трех свай ростверки целесообразно
устраивать сборными.
В настоящее время разработано
несколько вариантов сборных рост-
верков, предусматривающих в них
жесткую заделку сваи (рис. 135,
136).
В последнее время разработаны
ростверки в виде рандбалок, кото-
рые укладываются на головы свай
Рис. 134. Монолитный железобетонный
ростверк колонны
и крепятся при помощи сварки к закладным деталям. Также полу-
чило применение безростверковое решение, когда плита перекрытия
укладывается непосредственно на головки.
Рис. 135. Конструкция сборного ростверка:
1 — балка ростверка; 2 — свая, 3 — арматура: 4 —
бетонная смесь
Рис. 136. Схема сопря-
жения трубчатых свай
с ростверком:
1 — свая; 2 — балка
ростверка; 3 — оголовок;
4 — колонна; 5 — песча-
ная засыпка
Устройство монолитного ростверка (рис. 134) связано с боль-
шими трудовыми затратами и с увеличением сроков производства
работ нулевого цикла.
206
§ 33. НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СВАЙ
Следует различать несущую способность сваи, зависящую от
прочности ее материала («несущая способность по материалу»)
и несущую способность, зависящую от сопротивления грунта,
в который свая забита («несущая способность по грунту»).
Для свай-стоек решающее значение имеет расчет по прочности
материала, а для висячих — расчет по сопротивлению грунта.
Несущая способность сваи характеризуется ее предельным со-
противлением Рпр. Расчетное сопротивление сваи Р равно пре-
дельному сопротивлению сваи, умноженному на коэффициенты одно-
родности /( = 0,7 и условий работы т = 1.
Несущая способность железобетонных свай по прочности мате-
риала определяется в зависимости от прочности бетона и арматуры
/Г в соответствии с нормами на проектирование бетонных и железо-
бетонных конструкций (СНиП II-B1.—62), при этом свая рассматри-
вается как центрально сжатый стержень.
Для определения несущей способности одиночной сваи по грунту
существует несколько способов: 1) метод пробных статических
нагрузок — по данным испытания статической нагрузкой; 2) ста-
тический метод — по данным табл. СНиП П-Б.5—671; 3) динами-
ческий метод — по результатам испытания свай динамической
нагрузкой в процессе забивки свай; 4) теоретический метод.
Определение несущей способности свай
методом пробных статических нагрузок
Такое испытание производится специальной установкой, ана-
логичной по своей конструкции установке для испытания штампов.
Нагрузка на сваю создается домкратом, установленным на голову
сваи. Упором для домкрата служит металлическая балка, концы
которой прикреплены хомутами к арматуре анкерных свай. При
испытании анкерные сваи работают на выдергивание. Количество
их устанавливается в зависимости от предпола! аемой нагрузки.
Нагрузка прикладывается ступенями по 5 т. 'Каждая ступень
выдерживается до полного затухания осадки. Осадка замеряется
прогибомерами, усгановленными на выносных рейках, с точностью
„ до 0,1 мм.
По данным испытания строятся графики зависимости осадки
от нагрузки и времени. По ним определяется предельная нагрузка
на сваю. Предельной нагрузкой на сваю называется такая нагрузка,
незначительное увеличенйе которой вызывает резкое увеличение
осадки. На графике это характеризуется точкой перелома кри-
вой.
До последнего времени величину предельной нагрузки опреде-
ляли в зависимости от критической. За критическую нагрузку
принималась такая нагрузка, при которой осадка за одну ступень
превышала осадку за предшествующую ступень более, чем в пять раз.
207
В СНиП П-Б.5—67 * несущую способность сваи рекомендуется
определять по величине нормативного сопротивления сваи, которая
может быть также найдена по графику в зависимости от величины пре-
дельно-допустимой осадки
(см. табл 19). В этом слу-
чае нормативное сопротив-
ление на сваю Рн прини-
мается по графику и соот-
ветствует величине осадки,
равной 0,1 от предельной
величины. Величина Коэф-
фициента 0,1 установлена
на основании сравнения
осадок одиночных свай и
свайных фундаментов.
На рис. 137 показано
определение предельной
РПр и нормативной Ри.
Несущая способность
сваи определяется по фор-
муле:
рсв = т/<ри, (88)
Рнс. 137. График зависимости
осадки от нагрузки
где т — коэффициент условия работы т = 1;
k — коэффициент однородности k = 0,8. При определении
несущей способности сваи по величине предельной на-
грузки коэффициент Д = 0,7.
Статический метод определения
несущей способности
В основу этого метода положен характер передачи нагрузки
сваей на грунт: свая передает нагрузку через боковую поверхность
благодаря силам трения, возникающим между грунтом и поверх-
ностью сваи; часть нагрузки свая передает через острие на нижеле-
жащий грунт.
Величина несущей способности сваи зависит от размеров сваи
и свойств окружающего ее грунта.
Для установления величин трения по боковой поверхности
и сопротивления грунта под острием с учетом изменения свойств
грунтов в результате уплотнения после забивки был проведен
анализ результатов статических испытаний, на основании которого
были построены графики, показанные на рис. 138, а затем состав-
лены таблицы, которые вошли в СНиП П-Б.5—67. *
208
Сопротивление грунта у острия сваи равно площади F попереч-
ного сечения ствола сваи, умноженной на нормативное сопротив-
ление грунта /?н у острия сваи.
Сила трения по боковым поверхностям сваи равна площади
этой боковой поверхности Ul (U — периметр поперечного сечения
Средняя ее у би на расположения слоя
грунта от днедной поверхности lt
Б)
с;
Рис. 138. Графики величин лобового и бокового сопротивления грунта:
а — график величин лобового сопротивления грунта: 1 — гравелистые пески, суглинки
и глины при коэффициенте консистенции В-0, 2 — крупные пески, суглинки и глины при
В-0. 1; 3 — разнозернистые пески, суглинки ц глины при В-0, 2; 4 — пески средней круп-
ности, суглинки и глины при В-0, 3; 5 — мелкие пески, суглинки и глины при В 0, 4,
б — пылеватые пески, суглинки и глииы при В-0, 5; 7 — суглинки и глины при В-0, 75,
б — график величин бокового треиия* / — пески крупные и средней крупности, суглинки
и глины при В-0, 2, 2 — пески мелкие, суглинки п глины при В-0, 4, 4 — суглинки и глины
при В 0, 5, 5 ~ суглинки и глины при В-0, 55; 6 — суглинки и глииы при В-0,6, 7 — су-
глинки и глииы при В > 0, 6, речные илы
сваи, м, а I — длина сваи, м), умноженной на удельную силу тре-
ния f между сваей и грунтом, т/м2.
С учетом коэффициента однородности К. и условий работы т,
формула для расчетного сопротивления сваи по грунту представит
следующее выражение
Ре = тК (Я" F + U v f н (89)
где F — площадь сечения сваи, м2-,
U — периметр сваи,
R" — нормативное сопротивление грунта, залегающего под
нижним концом, т!м2\
209
fH — нормативное сопротивление i-того слоя вдоль боковой
поверхности сван, т/м2.
lt — мощность t-того слоя грунта, прорезаемого сваей, м.
Значения /?" и f, зависящие от глубины забивки и вида грунта,
определяются по табл. 34 и 35. При определении R" и f" по табл. 34
и 35 глубина расположения острия и средняя глубина слоев грунта,
ТАБЛИЦА 34
Нормативные сопротивления грунта под нижними концами
забивных свай, R4 т/м2
Песчаных грунтов средней плотности
Г пубииа гравели- крупных средней мелких пылева-
забивки стых крупности тых
свай.
м Глинистых грунтов консистенции В, равной
0 0.1 0,2 О.з 0.4 05 0,6
750 650 290 ' 180 120

700 400 200 120 100
660 300 190
4 830 510 380 250 160 125 70
670 310
5 880 620 400 280 200 130 80
7 970 690 430 330 220 140 85
10 1050 730 500 350 240 150 . 90
15 1170 759 560 400 280 160 100
20 1260 820 620 450 310 170 ПО
25 1340 880 680 500 340 180 120
30 1420 940 740 550 370 190 130
35 1500 1000 800 600 400 200 140
прорезаемых сваей, принимаются от отметки природного рельефа.
Если свая прорезает однородные грунты, вся толща делится на
слои не более 2 м и для каждого слоя определяется свое значение f".
Для промежуточных глубин забивки свай и промежуточных зна-
чений консистенции В глинистых грунтов Значение нормального
сопротивления грунта под острием /?н и по боковой поверхности
fH определяют интерполяцией по табл. 34 и 35.
Значения R" и f" в таблицах даны для песков средней плотности. '
Для плотных песков эти значения увеличивают на 30%.
В табл. 34 некоторые значения представлены дробью: в числи-
теле значения для песков, в знаменателе — для глинистых грунтов.
Если в толще грунта, прорезаемого сваей, залегает слой торфа, <
то при определении трения по боковой поверхности сваи сопротив-
ление торфа и грунтов, находящихся выше торфа, не учитывается,
т. е. /н 0. В тех случаях, когда вокруг свай возможна дополни-
тельная пригрузка (например большой слой подсыпки под полы,
оборудование в цехах или складских помещениях и др.) наличие
210
слоя торфа может вызвать так называемое «отрицательное трение».
Это явление связаностем, что благодаря большой сжимаемости торфа,
вышележащие слои как бы повисают на сваях, увеличивая на них
нагрузку. При расчете несущей способности свай в таких условиях
ТАБЛИЦА 35
Нормативные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай,
/н, /л/л»2
Средняя глубина расположения слоя грунта, м Песчаных грунтов средней плотности (для свай, забитых без подмыва)
Крупных, средней крупности мелких пылеватых
Глинистых грунтов консистенции В, равной
0.2 0.3 0,4 0.5 0.6 0,7
1 2 3 4 5 6 10 15 20 25 30 35 3,5 4,2 4,8 5,3 5,6 6,0 6,5 7,2 7,9 8,6 9,3 10,0 2,3 3,0 3,5 3,8 4,0 4,3 4,6 5,1 5,6 6,1 6,6 7,0 1,5 2,0 2,5 2,7 2,9 3,2 3,4 3,8 4,1 м 4,7 5,0 1,2 1,7 2,0 2,2 2,4 2,5 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 0,5 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2
сопротивление торфа и вышележащих грунтов принимается равным
0,5 т/м2, со знаком минус.
Все показатели в табл. 34 и 35 даны для забивных свай, погру-
жаемых забивкой дизель-молотами. При погружении другими спосо-
бами к значениям 7?и и f" вводятся дополнительные коэффициенты.
Величины этих коэффициентов приведены в СНиП П-Б. 5—67.*
Динамический метод
Динамический метод определения несущей способности свай
основан на связи, существующей между энергией удара молота
и величиной соответствующего погружения сваи в грунт е.
Энергия удара, равная весу молота Q, умноженному на высоту
его падения Н, расходуется в основном на преодоление сопротивле-
ния грунта погружению сваи, Рпре, на упругие деформации молота
и сваи, Qh и на остаточные деформации, например, на постепенное
разрушение головы сваи под ударами, aQH.
Условия сохранения энергии
QH = РПр £ 4- Qh 4" a QH,
где е — «отказ», т. е. перемещение сваи в грунте от одного удара, м;
» 211
h — высота подскока молота после одного удара, л<;
а — коэффициент, определяющий долю работы молота, идущую
на неупругие деформации.
Из решения уравнения сохранения энергии Н. М. Герсеванов
получил следующую формулу для расчетного сопротивления сваи:
= i + (90)
где т — коэффициент однородности и условий работы, принимае-
мый в зависимости от числа свай в фундаменте;
F — площадь поперечного сечения сваи, м2;
е — измеренная величина погружения сваи от одного удара, м;
Q — вес ударной части молота, т;
<7 — вес сваи с подбабком, т\
п — коэффициент, зависящий от материала сваи и способа
забивки. Этот коэффициент, по данным Н. М. Герсеванова,
необходимо принимать для деревянных свай, забиваемых
без подбабка,— 100 т/м2, для железобетонных, забивае-
мых с наголовником, — 150 т/м2 и для стальных с наго-
ловником — 500 т/м2.
По более поздним исследованиям П. Р. Тикунова для длинных
железобетонных свай п — 800 т/м2.
Для подвесных молотов расчетную высоту падения принимают
равной действительной высоте падения, а для паровоздушных
одиночного действия — равной величине хода ударной части.
Для молотов двойного действия и дизель-молотов расчетная
высота падения принимается равной Н — W : Q, где W — энергия
одного удара, тм.
Уравнение (90) можно решить относительно е, и тогда полу-
чается формула для контрольного отказа, который должен быть
достигнут при забивке для обеспечения необходимого расчетного
сопротивления сваи Р:
mnFQH Q + Wq ,Qn
р(Р-+пр\ Q+« ’ ( '
\m /
На строительной площадке запроектированную длину свай не-
обходимо уточнить пробной забивкой с использованием формулы
(91). При этом следует иметь в виду, что несущая способность свай
значительно увеличивается после «отдыха», продолжительность
которого должна составлять 3—5 дней при песчаных грунтах
и 10—20 — при глинистых. Необходимость «отдыха» связана с яв-
лением «ложного отказа».
При забивке свай в песчаные грунты ввиду частых ударов молота
происходит местное уплотнение грунта под нижним концом, свая
практически перестает погружаться, т. е. отказ становится близким
к нулю и является фактически «ложным». После «отдыха» происхо-
дит перераспределение давлений и величина отказа увеличивается.
212
В глинистых же грунтах частые удары молота вызывают разжи-
жение грунта, связанное с тиксотропными свойствами (см. § 5),
что резко снижает сопротивление грунта погружению сваи, и вели-
чина отказов обычно резко увеличивается. Через некоторое время
после отдыха происходит восстановление свойств грунта, и вели-
чина отказа уменьшается.
Теоретический метод
*
Несущая способность забивных свай определяется как сумма
сопротивления грунта основания под нижними концами свай и по
боковой поверхности.
При этом предельное сопротивление грунта апр под нижним
концом определяется по формуле проф. В. Г. Березанцева:
а) для песчаных грунтов
= (92)
где у — объемный вес грунта,
d — диаметр сваи, м;
Ак — коэффициент, определяе-
мый по графику в зави-
симости от угла внутрен-
него трения <р (рис. 139).
б) для глинистых грунтов
°кр = Вк7/г + Скс, (93)
где h — глубина погружения
сваи, At;
с — сцепление, т/мг\
Вк, Ск — коэффициенты, опреде-
ляемые по табл. 36 в за-
висимости от угла вну-
Рис. 139. Графики для определе-
ния коэффициента Ак (для фюрму-
лы (92)
треннего трения <р.
Расчетные величины сопротивления
грунта Рн принимаются
с коэффициентом 0,5 для песчаных грунтов и 0,4 — для глинистых.
ТАБЛИЦА 36
Значения коэффициентов Вк и Ск
ф 16 18 20 22 24 26 38 30
Вк 4,5 6,5 8,5 10,8 14,1 18,6 24,8 32,8
ск 12,8 16,8 20,9 24,6 29,9 36,4 45 55,4
Сопротивление грунта по боковой поверхности в этом случае
принимается по таблицам СНиП 11-Б. 5—67. * (см. табл. 35).
213
§ 34. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ГРУППЫ СВАЙ
Расчетное сопротивление свай, определяемое с помощью мето-
дов, рассмотренных в § 33, относится к одиночным сваям. Как по-
казали испытания кустов свай пробной нагрузкой, несущая спо-
собность свай в кусте будет меньше, чем одиночных. Это объясняется
различным характером их работы.
Одиночная свая передает нагрузку на грунт через боковую
поверхность и острие,
вовлекая при этом в работу окружающий
массив грунта. При работе же в кусте
сваи будут оказывать влияние друг на
друга, величина которого будет зависеть
от длины и расстояния между сваями.
В связи с этим при размещении свай
в кусте рекомендуется принимать рас-
стояние между ними не менее 3d, где
d — диаметр или сторона сечения сваи.
Сваи и грунт между ними работают
в кусте как единый массив, при этом
нагрузка передается по боковой • по-
верхности куста и на горизонтальную
плоскость, проходящую через нижние
концы свай. Как видно из рис. 140,
площадь распределения давлений в плос-
кости нижних концов свай благодаря
наличию сил трения по боковой поверх-
ности будет больше площади ростверка.
Величина ее зависит от величины трения
грунта по боковой поверхности куста
свай и длины свай- Условно ее можно
определить по следующей формуле:
/ ен \ / Фн \
F'==^B = ^+2/tgfpl(fe+2/tgf}. (94)
Отсюда следует, что при расчете свай-
ного фундамента по прочности и при
определении осадки его рассматривают
Рис 140 Схема к расчету как сплошной массив на естественном
свайного фундамента основании, включающий грунт И сваи.
Контуры этого массива ограничиваются:
сверху — плитой ростверка, с боков — вертикальными плоскос-
тями, снизу — плоскостью в уровне нижних концов свай в границах,
находимых пересечением с этой плоскостью наклонных под углом
<р/4 к вертикали линий, проведенных от наружного контура свай-
ного куста (или ряда) в уровне подошвы ростверка (рис. 140).
Для такого массива проверка прочности ведется по следующей
формуле;
Рфакг= ~+У~С^н, (95)
214
где Рфакт — давление в плоскости нижних концов свай, кг/см2,
N — нагрузка на фундамент, кг;
<2 — вес ростверка и грунта на его обрезах, кг;
G — вес свай и грунта в объеме условного массива, кг,
R" — нормативное давление грунта, определяемое по фор-
муле (59), кг/с№;
F' — площадь распределения давлений, см2.
Отметка поверхности
земли
N
И
4
Нижняя
Отметил подошвы
ростверка
граница сжимаемой
толщи
Рис. 141. К расчету осадки свайного фундамента

Верхняя граница
сжимаемой'
толщи
Осадка свайного фундамента определяется так же как и для
фундаментов на естественном основании (см. § 19), в соответствии
со схемой, показанной на рис. 141.
Изучение характера распределения давлений в плоскости ниж-
них концов свай показало, что более эффективным является при-
менение свай большой длины. Применение свай под фундаментами,
ширина которых больше двух длин свай, нецелесообразно. Это по-
ложение подтвердила практика строительства элеваторов и других
сооружений, у которых размеры площади фундаментов значительно
больше длины свай.
§ 35. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
При проектировании свайного фундамента необходимо решить
следующие вопросы:
а) определить длину свай из геологических условий площадки;
б) выбрать материал и тип свай;
215
в) определить несущую способность одной сваи;
г) определить потребное количество свай и разместить их
в плане;
д) произвести расчет свайного фундамента, т. е. проверить проч-
ность свайного фундамента в целом и определить величину осадки.
Как показала практика, более экономичны сваи, нижние концы
которых погружены в более плотные грунты. Поэтому выбор длины
рекомендуется производить так, чтобы насыпные грунты, торфы,
глинистые грунты в текучем состоянии и рыхлые пески прорезались
сваями.
Длина сваи от отметки подошвы ростверка до нижнего конца
называется расчетной длиной или глубиной погружения. Учитывая,
что головка сваи заделывается в ростверк на величину h, равную
диаметру сваи, заготовительная длина будет равна lp + Id. Окон-
чательная длина свай и их сечение подбирается по нормалям на сваи.
Затем определяется расчетное сопротивление сваи Рсв. Обычно эту
величину находят статическим методом (формула 88) и по ее вели-
чине подсчитывается контрольный отказ (формула 91). Динами-
ческие и статические испытания свай проводятся на площадке
в процессе забивки с целью уточнения несущей способности.
Размещение свай
В плане свал располагаются рядами или в шахматном порядке
(рис. 142). При центральной нагрузке они размещаются с одина-
ковым интервалом. Расстояние между осями свай должно быть
не меньше трех диаметров свай (для свай, погружаемых вибриро-
ванием,— не менее четырех) и не больше восьмикратного диаметра
или стороны.
Расстояние от оси крайнего ряда свай до" края ростверка при-
нимается равным половине диаметра +5 см.
Целесообразнее применять длинные сваи с большей несущей
способностью. Тогда расстояния между осями можно увеличить.
Необходимое число свай в фундаменте при центральной нагрузке
определяется по следующей формуле:
(96)
КСВ
где N — нагрузка от сооружения с ростверком, т\
р — расчетное сопротивление сваи по материалу или по грунту
(берется меньшая из двух величин), т.
При внецентренной нагрузке от сооружения число свай следует
увеличить на 10—20%. При этом сваи распределяются согласно
расчетной эпюре неравномерного давления на свайный фундамент
от сооружения.
Количество рядов свай в фундаментах зданий обычно принима-
лось не менее двух. Однако наличие в жилых зданиях капитальных
продольных и поперечных стен обеспечивает необходимую жест-
216
кость, позволяющую расположить сваи под стенами зданий в один
ряд (см. рис. 143) при условии, что отклонение свай от вертикаль-
ного направления будет минимальным. При этом ширину бетон-
ного ростверка можно принять равной ширине стены, а толщину
для малоэтажных зданий — в пределах 40—50 см. Подошву его
можно разместить ниже планировочной отметки не более чем на
половину толщины ростверка.
Предложение о замене ленточных фундаментов свайными с ранд-
балками впервые было сделано в 1934 г. Л. М. Пешковским, который
уже тогда установил экономичность этой
конструкции. Теперь она стала широко
применяться.
В настоящее время институтом Фунда-
ментпроект разработаны типовые проекты
свайных фундаментов для жилых зданий
различных типов. Применение их взамен
фундаментов на естественном основании
позволяет в ряде случаев снизить объем
земляных и бетонных работ. В табл. 37
приведены данные сопоставления объемов
работ для 5-этажного жилого здания.
Пример 28. Расчет свайного фунда-
мента под наружную стену пятиэтажного
дома.
Нагрузка на фундамент N = 15 т на
1 м длины.
Грунтовые условия: растительный слой
до глубины 0,25 м; ниже залегает мелкий
песок средней плотности. Уровень грун-
товых вод находится на глубине 2,6 м
от поверхности земли.
Решение. В данных условиях, ввиду
слабости верхних слоев грунта, целесооб-
разен фундамент с висячими сваями.
Принимаем железобетонные сваи 25 X 25 см с расстоянием между
осями свай 1,25 м.
На каждую сваю приходится следующая нагрузка:
от стены здания 15-1,25 = 18,75 т,
от веса ростверка 0,45-0,4-1,25-2,2 = 0,5 т, где 2,2 т/м2 -—
объемный вес бетона.
Итого 19,25 т.
Длина свай принимается равной 5,0 м.
Расчетное сопротивление свай по грунту находится по формуле
(88). Предварительно определяем:
Периметр поперечного сечения U — 4 • 0,25 = 1,0 м.
Площадь « » F = 0,25-0,25 = 0,0625 м2.
Нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи
на глубине 6 м от естественной поверхности грунта (по табл. 34)
= 200 г!м2.
Рис. 142. Размещение
свай в плане:
а — в шахматном порядке;
б — в рядовом
217
Рис 143 План однорядного свайного фундамента для жилого трехэтаж»
но го дома:
I—I, II—II, III—III — сечения фундаментов, 1 — сЁан, 2 — ростверк под на-
ружные и виутреиине стены, 3 — ростверк под колонны, 4 — бетонный столб,
5 — прогон
ТАБЛИЦА 37
Показатели применения свайных и ленточных фундаментов
для пятиэтажного двухсекционного жилого дома 1022 л»2
Наименование показателей Ленточный фундамент из сборных блоков Свайный фундамент со сборным роствер- ком
сплошные сваи полые сваи
Объем земляных работ, я3 1540 163 163
Объем бетонных работ, я3 Механизмы для производства работ, маш см. 205 120 104
экскаваторы 63 17 17
краны 79 120 120
автомашины 1270 360 360
Стоимость устройства фундаментов, тыс руб 11,3 9,8 9,4
218
Нормативное сопротивление грунта по боковой поверхности
сваи на глубине-= 3 м (по табл. 35) / = 3,5 т!м2.
Расчетное сопротивление сваи Р = Ktn(Ulf + FR") = 0,7 X
X (1 • 5 • 3,5 + 0,0625 • 200) = 19,5 т
Величина отказа, требуемая при забивке, определяется по фор-
муле (91) исходя из следующих данных- сваи забивают дизель-
молотом 600 (СДМ-2), энергия удара которого составляет W =
— 310 кгм, а вес ударной части Q = 600 кг.
Расчетная высота падения:
Н=^И»0.618Л.
Все сваи q = 0,25 • 0,25 • 5,5 • 2,4 = 0,825 т.
Коэффициент п = 150 т/м2.
Требуемая величина отказа от одного удара:
mnFQH Q + Ofiq _ 0,6 150 0,0625 - 0,60 • 0,518
£_p("f+s) 0 + ’ 19,s(lS».0.«S2S+ia)
или, с округлением, 10 мм от залога в десять ударов.
ГЛАВА X
ФУНДАМЕНТЫ
ГЛУБОКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ
§ 36. ОПУСКНЫЕ КОЛОДЦЫ
Общие сведения
Если прочный грунт залегает под слабыми грунтами на боль-
шой глубине от поверхности земли (5—8 м и более), то фундамент
можно выполнить в виде опускного колодца, который погружается
в грунт, проходя слабые слои, и останавливается на том слое,
который имеет достаточную несущую способность.
Рис 144 Опускной колодец и его погружение:
а б, в — разные положения опускного колодца, 1 — стенка,
2 — нож, 3 — заполнение колодца, 4 — железобетонная плнта
Колодец опускается под действием собственного веса при одно-
временной разработке грунта. Колодец делают сразу на полную
высоту или постепенно наращивают сверху по мере опускания
(рис 144).
Кирпичные бетонные или железобетонные стенки колодца слу-
жат ограждением котлована, который имеет при этом минимально
возможный объем.
220
После погружения колодца на требуемую глубину его целиком
заполняют бетоном или устраивают только бетонную подушку
и железобетонную плиту в нижней части колодца
Железобетонные колодцы в настоящее время монтируют из
отдельных блоков (колец) Толщина стенок железобетонного ко-
лодца принимается от 0,2
до 2 м, а бетонного — от
0,4 до 1,5 м и более.
Форма опускного ко-
лодца в плане определя-
ется формой и размерами
сооружения. При больших
размерах колодцев (шири-
ной до 60 м) они исполь-
зуются как подземные по-
мещения (рис. 146).
В последние годы ко-
лодцы стали устраиваться
очень больших размеров —
Рис 145 Форма колодцев по вертикали
/ — цилиндрическая // — коническая, III —
ступенчатая
шириной до 60 л,при этом они используются как подземные сооруже-
ния. На рис. 146 показан процесс опускания колодца диаметром 40 м.
Рис 146 Погружение колодт больших размеров
(диаметром до G0 лг)
I—/V — очереди бетонирования оболочки, / — обо-
лочка опускного колодца, 2 — днище колодца 3 — экс-
каватор, 4 — бульдозер 5 — башенный кран 6 —
приемный бункер
Нижнюю часть колодца, так называемый нож, скашивают для
облегчения подрывания грунта Если имеются твердые включения,
» нож усиливается металлической конструкцией (рис. 147).
Колодцы больших размеров в плане для увеличения их жест-
кости делают с внутренними стенами толщиной до 0,5—2,0 м,
которые не доводят до низа ножа на 0,5 м Такие многоячей-
ковые колодцы часто применяют в гидротехническом строи-
тельстве.
221
Рис. 147. Кон-
струкция ножа
опускного ко-
лодца
Чтобы облегчить процесс опускания колодца, наружные стены
иногда делают с наклоном около 0,01 или уступами (рис. 145),
но при этом снижается несущая способность.
Новым методом является погружение колодцев с применением
«тиксотропной рубашки» из раствора бентонитовой глины, которая
подается вдоль стенок колодца по трубам в про-
цессе его погружения и снижает силы трения по
боковой поверхности, что облегчает погружение.
Опускание колодца производят как с водоот-
ливом, так и без него. Второй вариант возможен
в сухих грунтах, а также в случае, если приток
воды очень велик и откачать ее невозможно. В по-
следнем случае глинистый, гравелистый и крупно-
песчаный грунт удаляют только грейфером
(рис. 148, а), а мелкий песчаный и супесчаный —
гидроэлеватором, подвешенным к стреле крана
(рис. 148, б).
Разработка с открытым водоотливом целесооб-
разна в случае, если нет наплыва грунта в опускной
колодец извне, так как это приводит к увеличению объема земляных
работ и может служить причиной осадок соседних сооружений.
Во время погружения опускного колодца необходимо следить за
равномерностью его опускания и своевременно устранять перекосы
Рис. 148. Опускание колодцев без водоотлива:
а — при разработке грунта грейфером; б — при разработке грунта гидравли-
ческим способом; 1 — подмывиая труба d = 38 мм; 2 — труба гидроэлеватора
d = 100 мм; 3 — гидроэлеватор; 4 — труба для пульпы d = 200 мм
путем подборки грунта у ножа с той стороны, которая выше. Если
колодец перестает опускаться, производят подмыв грунта в внешней
поверхности оболочки через трубки, погруженные в грунт по пери-
метру колодца. Применяют также дополнительную пригрузку сте-
нок опускного колодца.
На местности, покрытой водой, на глубину 5—7 м, а иногда
и до 15 м, колодец следует опускать с предварительно устроенного
искусственного островка (рис. 149) или с подмостей.
222
После того как опускной колодец дошел до проектного поло-
жения, проверяют качество основания, выравнивают поверхность
его, а затем колодец целиком или частично заполняют бетоном.
Если опускной колодец погружают без водоотлива (из-за боль-
шого притока воды), то поверхность основания выравнивают путем
отсыпки в колодец слоя щебня или гравия. Укладку нижних слоев

бетона производят с помощью
подводного бетонирования (ме-
тодом вертикально перемещаю-
щейся трубы, по которой по-
дается раствор, или методом
восходящего раствора, когда
труба, подающая раствор, оста-
ется на одном уровне). После
того как образуется бетонный
Рис. 149. Схема искусственного остров-
ка для опускного колодца:
/ — шпунт; 2 — свая; 3 — распорки; 4 —
подкос; 5 — отсыпка
массив, способный выдержать
напор воды снизу, из опускного,
колодца воду откачивают и даль-
нейшие работы выполняют уже
насухо.
В настоящее время опускные колодцы применяются при строи-
тельстве подземных частей водозаборных и других сооружений,
когда работы выполняются без водоотлива, а также могут быть
использованы как оболочки для фундаментов мостовых опор.
Опускание колодцев представляет определенные трудности при
наличии в грунте валунов, стволов деревьев и твердых прослоек.
Затруднено также опускание колодцев с водоотливом на скальное
основание, нуждающееся в выравнивании.
Расчет опускных колодцев
Общие размеры опускного колодца определяют тем же расчетом,
что и размеры массивных фундаментов на естественном основании,
возведенных в открытом котловане. Кроме того, для опускного
колодца необходимо произвести специальные расчеты, относящиеся
к периоду производства работ.
а. Проверка возможности опускания колодца. Для того, чтобы
опускной колодец погружался в грунт, собственный вес его стен
л (с учетом взвешивания в воде) должен быть больше, чем сила тре-
ния наружной поверхности колодца о грунт, т. е.:
G-W>T, (97)
где G — собственный вес стен опускного колодца, /тг;
W — вес воды, вытесненной стенами; т\
Т — сила трения, которая равна площади наружной поверх-
ности колодца, находящейся в грунте, умноженной на
удельную силу трения. Последняя принимается равной:
при пылеватых песках 1—1,5 т/м2\
223
при других песчаных грунтах 2—2,5 т!м2\
при супесях гугопластичных 0,5—1,0 т/м2-,
при других тугопластичпых глинистых грунтах 1—
1,5 т/м2.
б. Проверку прочности стен на разрыв в вертикальном направ-
лении производят, исходя из предположения, что силы трения рас-
пределены по высоте колодца по закону треугольника с максималь-
ной ординатой па уровне поверхности земли. При этом наибольшее
растягивающее усилие, равное 3/4 веса стен, будет действовать
посредине их высо1ы.
Рис. 150 Схема сил, учитываемых при расчете ножа на изгиб,
о — внутрь колодца, б — наружу
в. Расчет стен колодца необходимо производить как замкнутых
рам пли колец, испытывающих горизонтальное активное давле-
ние грунта.
г. Расчет ножа опускного колодца производится на изгиб в верти-
кальной плоскости для двух расчетных положений колодца в грунте.
I положение колодца изображено на рис. 150, а. Колодец опу-
щен до проектной отметки, грунт под банкеткой (горизонтальной
площадкой) ножа подобран, поэтому вертикальная реакция равна
нулю. Суммарный изгибающий момент в верхнем сечении ножа
(изгиб внутрь) определяется от совместного действия внешнего
давления грунта и воды, собственного веса ножа и сил трения по его
внешней поверхности.
11 положение колодца дано на рис. 150, б. Колодец опущен
на половину расчетной глубины и наращен очередной секцией
на высоту до 6 м. Нож врезался в грунт на глубину 1 м, на него
действуют вертикальное и горизонтальное составляющие дав-
ления грунта, вызывающие изгиб наружу. Кроме того, учиты-
ваются собственный вес ножа, внешнее давление грунта, воды
и силы трения.
д. Расчет поперечного сечения всего опускного колодца на изгиб
при работе его как балки на двух опорах с консолями произво-
224
дится только для вытянутых в плане низких колодцев, при этом
расстояние между опорами (подкладками) принимается равным 0,6
длины колодца.
§ 37. КЕССОНЫ
Понятие о кессонах
При погружении опускного колодца могут иногда встретиться
серьезные препятствия, например, крупные валуны, которые нельзя
удалить из-под опускного колодца, остатки строений, обнаруженных
при опускании колодца ниже уровня воды и т. д., которые могут
вызвать перекос колодца.
В таких случаях обычно применяют кессоны. В отличие
от опускных колодцев в кессоне, в нижней его части, устраивается
12
Рис 151 Схема кессонной установки:
1 — кессон, 2 — рабочая камера, 3 — надкессонная
кладка, 4 — шахтный колодец, 5 — опалубка, 6 —
шахта для сообщения между рабочей камерой и шлюзом,
7 — шлюзовой аппарат, 8 — компрессорная установка
для подачи сжатого воздуха, 9 — воздухопровод сжатого
воздуха, 10 — кран для подъема шлюза, 11 — котельная,
12 — паровой котел, К — краны шлюза

с помощью перекрытия специальная камера, называемая кессонной
или рабочей, из которой вода вытесняется сжатым воздухом.
Применяются кессоны для устройства мостовых опор глубокого
заложения и как фундаменты под тяжелое оборудование.
В настоящее время сооружают в основном бетонные или железо-
бетонные кессоны.
Основные элементы кессона: 1) рабочая камера, 2) шахта и
3) шлюз с прикамерками (рис. 151). В рабочей камере производят
разработку грунта. Шахта служит для сообщения с рабочей каме-
рой. Шлюз с прикамерками отделяет шахту от наружного воздуха.
Стенка рабочей камеры, как и в опускном колодце, заканчивается
ножом. Потолок рабочей камеры армируется.
Кессон, подобно опускному колодцу, входит в конструкцию
массива фундамента.
8 Зак 143
225
Производство кессонных работ
Работы в кессоне выполняются в следующем порядке.
Воздух из компрессора 8 (см. рис. 151) по трубам 9 подается
в рабочую камеру кессона. Своим давлением он вытесняет воду
из кессона. Когда давление воздуха в рабочей камере превысит
наружное давление воды, рабочая камера будет освобождена от воды
и в нее могут опуститься рабочие для выемки грунта. Грунт по-
дается через шахту и шлюз наружу. При этом кессон под действием
собственного веса и веса кладки, возводимой над потолком рабочей
камеры, будет погружаться в грунт. Когда нож кессона дойдет
до проектной отметки, рабочую камеру и шахту заполняют бето-
ном или песком, шлюзовую камеру и шахту удаляют и возводят
вышележащее сооружение.
Основной недостаток кессона — необходимость производства ра-
бот в условиях сжатого воздуха. У людей при длительном нахожде-
нии в такой обстановке может возникнуть опасная кессонная бо-
лезнь. Чтобы избежать ее, необходимо тщательно соблюдать особые
профилактические мероприятия, в первую очередь — строго огра-
ничивать продолжительность рабочего дня в зависимости от давле-
ния. При давлении выше 3,9 ат работа людей в кессоне не допус-
кается. Особенно вреден для человеческого организма быстрый
переход из пребывания в сжатом воздухе в обычную атмосферу,
поэтому продолжительность этого перехода регламентируется в за-
висимости от давления.
Погружение на каждые 10 м ниже уровня воды требует повыше-
ния давления в кессоне более чем на 1 ат, учитывая при этом утечку
воздуха и осушение ножа. Вследствие этого предельной глубиной
опускания кессона с работой под сжатым воздухом является при-
близительно 35 м.
Условия работы в кессоне под сжатым "воздухом в СССР изло-
жены в «Правилах безопасности при производстве кессонных работ»,
и ведутся под надзором медицинского персонала.
Расчет кессона в основном производится так же, как и расчет
опускного колодца. При расчете ножа на изгиб внутрь рабочей ка-
меры давление в ней принимается пониженным на 50%, а при рас-
чете ножа на изгиб наружу — полным. Кроме того, необходим
расчет потолка рабочей камеры кессона на прочность для случая,
когда перед опусканием он загружен 1,5-метровым слоем еще не-
окрепшего бетона.
Гидромеханизация земляных работ в кессоне
Сущность гидромеханизации земляных работ в кессоне заклю-
чается в том, что грунт в рабочей камере разрабатывается силой
воды, подаваемой под напором, а разжиженный грунт (пульпа) уда-
ляется из камеры по трубам специальными снарядами — земле-
сосом, гидроэлеватором и т. д.
226
Гидромеханизация разработки грунта при опускании колодца
позволяет избежать трудоемкой тяжелой ручной работы в сжатом
воздухе, ускорить процесс опускания кессона и достичь большой
глубины.
Гидромеханизация весьма эффективна при опускании кессона
в несвязных и малосвязных грунтах — песках, супесях Схема
опускания кессона гидромеханизированным способом показана
на рис. 152.
В камере кессона установлены два снаряда, разрабатывающие
грунт,— гидромониторы 1 и один снаряд для удаления грунта —
гидроэлеватор 2. В крестовине 3 напорная вода распределяется
Рис 152 Схема опускания кессона с гидро-
механизацией
Рис 153 Схема сил,
действующих на
кессон
на гидромониторы и гидроэлеватор. Разработанный гидромонито-
рами грунт оседает на дне рабочей камеры 4, откуда гидроэлеватор
подает его по трубе 5 наружу. Сжатый воздух поступает в камеру
кессона по двум трубам.
Способ гидромеханизации земляных работ в кессоне впервые
разработан и внедрен в СССР. Этот способ позволил автоматизи-
ровать кессонные работы и исключить присутствие людей в ка-
мере кессона.
Силы, действующие на кессон
при его опускании
На рис. 153 показана схема сил, действующих на кессон при
его опускании (Q — вес кессона; Т — сила трения по боковой
поверхности; Rs — сопротивление грунта под ножом кес-
сона; Ро — давление воздуха на потолок камеры кессона).
8*
227
Возможны три случая соотношения этих сил:
1. Q > Т + Rs + Ро — кессон опускается под собственным ве-
сом;
2. Q = Т + Rs -j- Ro — кессон стоит, для погружения его сни-
жают значение Rs путем устройства
глиняного замка;
3. Q < Т + Rs + Ro — для опускания кессона применяют фор-
сированную посадку кессона путем сни-
жения давления воздуха.
В последние годы появились способы снижений величины боко-
вого трения. Это применение подмыва по боковой поверхности кес-
сона и использование тиксотропной рубашки.
§ 38. ТОНКОСТЕННЫЕ СВАИ-ОБОЛОЧКИ
Сваи-оболочки большого диаметра (до 6 м) стали применяться
в последние годы в качестве фундаментов мостовых опор для

передачи больших усилии на глу-
боко залегающие (до 30—40 м) слои
прочного грунта (рис. 154).
Наиболее распространены же-
лезобетонные и стальные оболочки
кольцевого сечения в виде отдель-
ных звеньев длиной до 10—12 м.
Звенья соединяются между собой
на фланцах или сваркой. Оболочки
большого диаметра погружают с
открытым нижним концом. По до-
стижении проектной отметки грунт
из оболочки удаляют при помощи
гидроэлеватора, и полость ее за-
полняется бетоном. Погружение
оболочки производят вдавливанием
в слабый илистый грунт завинчи-
ванием и вибрированием.
Рис. 154. Погружение тонкостенной же-
лезобетонной оболочки вибратором
Этот способ и был применен при строительстве моста через
р. Янцзы для погружения железобетонных оболочек диамет-
ром 1,55 м в толщу песчаных грунтов мощностью до 20 м. В не-
которых случаях дополнительно применялся подмыв галечного
грунта.
228
I
долото
Опоры, устраиваемые способом бурения
и бетонирования скважин
Опоры глубокого заложения можно соорудить и в скважинах,
которые пробуриваются в глинистом увлажненном грунте без креп-
ления стенок обсадными трубами.

-17,5
15
13
Рис 158 Последовательность изготовле-
ния буровых свай:
а — начало бурения, б — конец бурения,
в — подводное бетонирование, / — долото для
бурения скважины, 2 — всасывающее отвер-
стие эрлифта; 3 — ножи для раабуривания
уширения; 4 — гидравлические цилиндры для
раскрытия и закрытия ножей; 5 —- буровая
колонна, 6 — наголовник; 7 — пульпоотводящая труба; 8 — инвентарная обсадная
труба, 9 — глинистый раствор; 10 — ротор, 11 — пульт управления, 12 — патрубок
для раскрепления устья скважины, 13 — труба для подводного бетонирования, 14 —
бункер, /5 — арматурный каркас, 16 — направляющая буровой колонны
Для бурения применяют роторные буровые станки с вращаю-
щимися многошарошечными долотами системы В. П. Иванова
диаметром до 1800 мм или долотами Е. Л. Хлебникова, снабжен-
ными раскрывающимися ножами для уширения скважины на нуж-
ном уровне.
230
Рис. 159. Установка для устройства глу-
боких опор системы Беното:
/ — станина; 2 — силовая установка; 3 —
выносная платформа с бункером; 4 — обсад-
ная труба, 5,6 — хомут с рычагами-домкра-
тами
Скважина во время бурения непрерывно наполняется жидким
раствором глины, объемный вес которого при наличии специальных
добавок равен объемному весу грунта. Поэтому стенки скважины
не требуется крепить во время бурения.
После окончания бурения в скважину опускают оболочку,
затем удаляют эжектором или насосом жидкую массу и запол-
няют полость бетоном.
Скважину можно запол-
нить бетоном и без погруже-
ния оболочек и даже без
откачки глинистого раствора.
Для этого ведут бетонирова-
ние через вертикально пере-
мещающуюся трубу.
Схемы бурения и бетони-
рования скважин показаны
на рис. 155, 156, 157, а после-
довательность изготовления
буровых свай с уширенными
пятами — на рис. 158.
За рубежом широко при-
меняются буровые сваи сис-
темы Беното. На рис. 159
показана установка для уст-
ройства свай системы Беното.
Особенность ее работы заклю-
чается в том, что благодаря
действию рычагов-домкратов
обсадной трубе передается
вращательно - поступательное
движение, при котором тре-
ние по боковой поверхности
практически отсутствует, и
труба легко погружается в
грунт. Одновременно произ-
водится извлечение грунта
ударным грейфером. Когда труба погружена на необходимую глу-
бину и грунт полностью извлечен, в нее опускают каркас и бетони-
руют, постепенно поднимая трубу. Длина свай может быть до 40 м,
*- диаметр 1,5 м.
Следует отметить, что бетонирование свай необходимо проводить
при положительных температурах воздуха.
На сваях Беното построено здание СЭВа в Москве.
4
ГЛАВА XI
ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ
В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
§ 39. ФУНДАМЕНТЫ
НА СИЛЬНО СЖИМАЕМЫХ ГРУНТАХ
Фундаменты на ленточных глинах
Ленточные глины образовались в период таяния ледников
в спокойных водных бассейнах, что отразилось на их текстуре.
Они имеют тонкослоистое строение, где перемеживаются глинистые
и песчаные прослойки. Для этих глин характерны тиксотропные
явления размокания. Они чаще всего находятся в пластичном
и текучем состоянии. Коэффициент сжимаемости таких глин изме-
няется в пределах от 0,02 до 0,15 кг/л2. Такие свойства грунтов
вызывают необходимость специальных способов устройства фунда-
ментов.
Положительные результаты строительства многоэтажных зда-
ний на сильно сжимаемых глинистых грунтах получены в Ленин-
граде путем приспособления конструкции здания к совместной
работе его с основанием.
Для совместной работы сооружения и его основания необходимо
выполнить следующие условия:
1) из схемы здания следует исключить отдельные опоры, рас-
стояния между поперечными стенами не должны превышать полу-
торной ширины здания;
2) кирпичная кладка стен для повышения их прочности и жест-
кости должна быть усилена арматурой. В настоящее время нет пол-
ной ясности в распределении давления под фундаментами стен,
поэтому стены армируются в зависимости от ожидаемых осадок:
при осадках порядка 20 см армируются, например, обрез фун-
дамента н перекрытие верхнего этажа; при осадках более 20 см
232
здание армируется железобетонными поясами на уровне пере-
крытий, второго и четвертого этажей, по обрезу фундамента и
у подошвы;
3) отметки планировки площади, цоколя, перекрытий необхо-
димо определить с учетом величины конечной осадки здания;
4) при производстве земляных работ следует по возможности
сохранить природное ненарушенное основание;
5) выбирать тип и конструкцию фундамента нужно, исходя
из давления на сильно сжимаемый грунт, равного 1—1,5 кг/см2.
В этих условиях можно применять железобетонные ленточные
фундаменты с увеличенной шириной подошвы, например,
до 270—300 см для пятиэтажного жилого дома.
Фундаменты на плывунных грунтах
Как было указано в § 6, следует отличать истинные плывуны
от простых песков, находящихся в текучем состоянии и называемых
ложными плывунами.
Истинные плывуны состоят из мелких и пылеватых песков,
содержащих некоторое количество мельчайших глинистых и илис-
тых частиц, распределенных в массе породы равномерно. Увлажнен-
ные глинистые частицы -играют роль смазки, которая облегчает
скольжение зерен песка и вызывает текучесть грунта, если нет
преград, даже при самом небольшом давлении.
Причина образования истинных плывунов была установлена
только в 1970 г. Она связана с микробиологическим характером
плывуна, на который большое влияние оказывают микробы и кото-
рые способствуют его образованию.
При действии динамических нагрузок плывуны разжижаются.
Истинные плывуны имеют зеленовато-серый цвет с буроватым
или желтоватым оттенком, обусловленным вкраплениями глинистых
или илистых частиц.
Ложные плывуны состоят из более чистых песков. Они пере-
ходят в текучее состояние под влиянием гидравлического режима,
который создается при разработке котлованов с открытым водо-
отливом.
Истинные плывуны имеют следующие характерные признаки:
а) высокий объемный вес (1,8—2,2 т/м3);
б) плохую водоотдачу (малое значение коэффициента филь-
трации);
в) частицы при высыхании цементируются вследствие клеющего
действия коллоидных частиц;
г) угол естественного откоса зависит от влажности грунта;
д) вода в котловане приобретает молочно-серый цвет.
Разрабатывать истинные плывуны лопатой или ковшом экска-
ватора трудно.
В противоположность этому ложные плывуны имеют меньший
объемный вес (1,6—1,8 т/м3), быстро огдают воду, при высыхании
233
не цементируются, угол естественного откоса постоянный, т. е.
не зависит от влажности грунта. Они легче разрабатываются, и вода
в котловане после выемки ложных плывунов бывает чище. Если
плывунный грунт не выходит из-под фундаментов, то он является
вполне надежным основанием. При наличии вибраций плывун
становится ненадежным основанием.
Основная сложность строительства на плывунах состоит в том,
чтобы не допустить выноса плывуна в котлован, так как это затруд-
няет земляные работы и приводит к неравномерной осадке поверх-
ности земли и к деформации расположенных вблизи сооружений.
Вместо открытого водоотлива для понижения уровня воды
в плывунах следует применять иглофильтры. Если истинные плы-
вуны отдают воду плохо, то следует вести электроосушение.
При устройстве смежных фундаментов с различной глубиной
заложения в первую очередь необходимо возводить те фундаменты,
подошвы которых заложены на самых низких отметках. Если это
условие нельзя выполнить по каким-либо причинам, то при выемке
грунта ниже подошвы имеющихся фундаментов котлован до водо-
понижения необходимо оградить шпунтами.
Перед выемкой плывунов целесообразно производить искусст-
венное замораживание грунта вокруг котлована (см. § 26). Напри-
мер, под защитой стенки из замороженного грунта, доведенной
до плотной глины, оказалось возможным вынуть грунт до глубины
12 я и опустить с этой глубины сван стойки в нижележащий пласт
плотной глины.
В последнее время применяется новый способ проходки плыву-
нов — электрозакрепление грунта (см. § 30).
Если плывуны закрепить затруднительно, то здание и соору-
жения можно возвести на опускных колодцах, на столбчатых и свай-
ных фундаментах. В самых затруднительных случаях применяют
сплошные фундаментные плиты.
Фундаменты на илах
Механические свойства ила характерны тем, что при незначи-
тельных давлениях (до 0,5—1,0 кг/см2) сжимаемость его мала.
При большем же давлении происходит массовое разрушение струк-
турных связей грунта, увеличивается его сжимаемость и резко
падает прочность. Общая сжимаемость ила значительна, а угол
внутреннего трения очень мал.
Возводить фундаменты на илах можно при условии предвари-
тельного обжатия песчаной подушкой, засыпаемой тонкими слоями.
После этого необходимо определенное время для затухания фильт-
рационных осадок. По песчаной подушке делается гравийная или
каменная наброска, которая также засыпается слоями небольшой
толщины по всей площади подушки.
Такой способ применяется при строительстве некоторых
морских гидротехнических сооружений, например, волноломов.
234
Фундаменты на торфяных грунтах
Заторфованные грунты (определение их см. в § 6) могут иметь
различные свойства в зависимости от степени их минерализации.
Но все они обладают большой и неравномерной сжимаемостью,
и процесс затухания осадок этих грунтов длителен.
Торфы и заторфованные грунты занимают более 20% территории
СССР. Залегают они, главным образом, на севере, северо-западе,
северо-востоке и в Белоруссии.
Следует различать — открытые торфы и погребенные торфы,
находящиеся под слоями других грунтов.
Погребенные торфы в сравнении с открытыми обладают большим
объемным весом (1,2—1,4 т/м3), большим углом внутреннего трения
(27—30°), меньшей влажностью (300—100%) и меньшей сжимае-
мостью.
Строительство многоэтажных зданий на погребенных торфах
мощностью до 4 ж оказывается возможным при разрезке здания
на отдельные блоки и при устройстве по контуру блоков замкнутых
железобетонных поясов и осадочных швов. Железобетонные пояса
устраивают по подошве фундамента и на уровне пола каждого
этажа.
Осадочные швы необходимо делать в местах изменения этажности
здания или свойств грунта. В этих условиях можно допустить
осадку здания до 40 см.
При производстве строительных работ необходимо принять меры
к сохранению природной структуры заторфованных грунтов и обес-
печить равномерность их загружения по всей площади сооружения.
Открытые торфы настолько слабы и обладают такой большой
сжимаемостью, что могут служить основанием только для легких
деревянных сооружений с фундаментами в виде сплошных деревян-
ных плотов.
В последние годы при строительстве на илах и торфах приме-
няют песчаные дрены в виде вертикальных скважин или прорезей.
Устройство песчаных дрен, как показали исследования, способ-
ствует увеличению устойчивости возводимых сооружений, а также
резко увеличивает скорость затухания осадок (до 13—37 раз),
что позволяет получить максимальные величины осадок еще в про-
цессе строительства (§ 29).
§ 40. ФУНДАМЕНТЫ НА НАСЫПНЫХ И НАМЫВНЫХ ГРУНТАХ
Насыпные и намывные грунты
Кроме описанных ранее естественных грунтов, существуют
грунты насыпные, созданные искусственно в результате деятель-
ности человека. Состав таких грунтов разнообразен по вертикали
и горизонтали. Он зависит от геологических условий окружающей
местности и характера производственных предприятий и бытовых
условий населения.
235
Различают насыпные грунты, искусственно создаваемые при пла-
нировке территорий, засыпке оврагов, низин и так называемые-
«культурные» слои, постепенно образующиеся в местах поселений.
В старинных городах такие слои достигают нескольких метров.
Они состоят из свалок бытовых отбросов, строительного мусора
и отходов различного рода производств.
Чем больше возраст насыпи, тем надежнее она в качестве осно-
вания. Однако свалки бытовых органических отбросов даже в зна-
чительном возрасте не могут служить основаниями сооружений.
Более пригодны свалки строительного мусора, не включающие в зна-
чительном количестве органических (древесных) отходов — щепу,
стружку.
Грунтовые отсыпки, если не принимать специальных мер к их
уплотнению, могут служить основаниями лишь для сооружений
малочувствительных к неравномерным осадкам, например для одно-
этажных деревянных зданий. Лишь с возрастом эти грунты само-
уплотняются и могут служить основаниями для более капитальных
сооружений.
Отвалы искусственно уплотненных насыпных грунтов могут
сразу же служить основаниями сооружений.
Гидравлический намыв грунта, широко применяемый при устрой-
стве плотин, с успехом можно использовать для создания оснований
во всех случаях, когда имеется подходящий грунт (лучше всего
песчаный) и достаточно мощный источник воды.
Песчаные и супесчаные грунты оснований, создаваемые намы-
вом, можно использовать вскоре после их образования, так как
вследствие хорошей водопроницаемости происходит быстрое естест-
венное удаление воды после намыва.
Намыв глинистого грунта при устройстве оснований применяется
редко, поскольку при этом требуется принимать меры по быстрому
удалению воды и уплотнению грунта.
Основания из насыпных и намывных грунтов
и фундаменты на них
В тех случаях, когда фундаменты приходится возводить на
насыпных грунтах особенно важно уточнить сведения о строе-
нии их, мощности насыпи, минеральном и органическом ее со-
ставе. Необходимы также сведения о происхождении и давности
образования насыпных толщ, поскольку в них происходит с те-
чением времени постепенное уплотнение под влиянием собствен-
ного веса. Естественное постепенное уплотнение может быть
причиной дополнительной осадки под вновь возведенным соо-
ружением.
При строительстве оснований на насыпном грунте важно пра-
вильно оценить его однородность по сжимаемости. В ответственных
случаях для этой цели можно осуществить «пробные нагрузки»
(§ 8) и определить модули сжимаемости.
236
Если насыпной грунт неоднороден по сжимаемости и возможна
неравномерная осадка основания, следует уплотнить грунт.
Упрочнение насыпных грунтов может производиться с помощью
уплотнения тяжелыми трамбовками, гидровиброуплотнением,
устройством песчаных и грунтовых свай, а также возможно возве-
дение сооружений на песчаных подушках. В более серьезных слу-
чаях следует, кроме того, включить в работу оснований и конструк-
цию сооружения, укрепив ее армированными поясами. В наиболее
тяжелых условиях устраивают сплошные армированные фунда-
ментные плиты.
При однородном по своей сжимаемости насыпном грунте можно
использовать его как естественное основание, а под фундаментом
устроить уплотненную песчаную или гравийно-щебеночную под-
сыпку (рис. 112). Высоту слоя такой подсыпки определяют с учетом
распределения давления в грунте (§ 14) с тем, чтобы на нижеле-
жащий насыпной грунт основания приходилось по возможности
незначительное давление—не более 1,25 кг/см2.
На насыпных грунтах возводят ленточные железобетонные фун-
даменты, а также фундаменты под стены здания в виде перекрест-
ных монолитных железобетонных лент.
§ 41. ФУНДАМЕНТЫ НА ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТАХ
Просадочные грунты
К просадочным грунтам относят лёссовые, которые обычно за-
легают мощными массами желто-палевого или желтовато-бурого
цвета, без признаков слоистости. Они отличаются малым объемным
весом (1,2—1,6 т/м3), значительной пористостью (40—50%) и боль-
шим количеством пылеватых частиц (0,05—0,002 мм). Характерная
особенность лессового грунта — наличие видимых глазом мелких
и крупных вертикальных пор, которые называются макропорамп,
так как они значительно больше размеров частиц. Поэтому лёссо-
вые грунты принято называть также макропористыми. В верхних
слоях лёссовых грунтов часто встречаются многочисленные ходы
землероев.
В стакане воды образец лёсса разрушается и распадается через
несколько минут. Если на образец грунта воздействовать 2—3-про-
центным раствором соляной кислоты, то заметно вскипание извести,
заключающейся в лёссе.
Лёссовые грунты занимают значительные площади в Средней
Азии, на Украине, на Кавказе и других областях страны. Такие
грунты в естественном состоянии являются хорошими основаниями.
Однако серьезным недостатком их является очень большая чув-
ствительность к увлажнению, при замачивании под сооружениями
они дают дополнительные осадки, называемые просадками.
Просадки грунта представляют собой деформации, связанные
с коренным изменением его строения в результате замачивания,
237
в отличие от обычных естественных осадок грунта при уплотнении
под нагрузкой лишь за счет изменения пористости.
Процесс деформации лёссового грунта под влиянием нагрузки
с увлажнением заключается в следующем. Вначале увлажнение
грунта направлено на растворение связующего вещества, и если
это вещество водоустойчиво, то просадка ‘Исключена. Постепенное
растворение и потеря прочности неустойчивым связующим веществом
ослабляет взаимную связь частиц грунта и приводит их к переме-
щению в макропоры и началу просадки. В итоге наблюдается зна-
чительная и часто неравномерная осадка фундаментов и деформация
зданий и сооружений.
На основании многочисленных наблюдений строительной прак-
тики установлено, что лёссовый грунт дает основную осадку под фун-
даментом непосредственно при постройке сооружения.
При замачивании лёссовый грунт может дать резкую допол-
нительную и чаще всего неравномерную просадку. Известны при-
меры просадок сооружений на 35—70 см и даже более — до 2,5 м.
В практике строительства на лёссовых грунтах встречается много
аварийных деформаций сооружений. Вопросами строительства
на лёссовых грунтах занимается в течение многих лет ряд научных
организаций. На основании многолетнего опыта в 1962 г. были
составлены строительные нормы и правила (СНиП П-Б.2—62),
куда вошли новые положения относительно просадочных грунтов
и введена новая классификация.
Типы просадочных грунтов
В зависимости от степени просадочности грунты делятся на два
типа. В этом случае оценкой просадочности является величина
просадки поверхности грунтовой толщщ которая происходит
при замачивании под действием собственного веса.
Грунт относится к типу I, если величина просадки будет меньше
5 см, и к типу II, если просадка больше 5 см.
Величина просадки грунтов для новых районов массовой за-
стройки определяется путем опытного замачивания на участках
с размерами в плане не меньше глубины просадочной толщи. На ста-
дии проектного задания, а также на стадиях рабочих чертежей про-
екта для отдельных сооружений допускается принимать, что про-
садки от собственного веса практически отсутствуют при толщах
просадочных грунтов до 5 м.
Установленный тип грунтовых условий просадочности исполь-
зуется для назначения мероприятий, обеспечивающих устой-
чивость и эксплуатационную пригодность зданий или сооружений.
К таким мероприятиям относятся: предохранение грунтов от зама-
чивания с помощью специальных водозащитных мероприятий;
применение конструкций, обеспечивающих большую жесткость
здания; изменение свойств просадочных грунтов в пределах всей
или части ее толщи различными способами упрочнения основания;
238
частичная или полная прорезка просадочных грунтов фундамен-
тами или сваями.
Для установления рациональных способов устройства фунда-
ментов необходимо знать количественную оценку просадочности
грунтов при замачивании.
Относительная просадочность грунтов определяется при испы-
тании в компрессионном приборе.
При испытании грунт сначала уплотняется расчетной нагруз-
кой pt, а затем производится замачивание образца. По данным
испытаний строится график (рис. 160).
(98)
где h — высота образца
грунта природной
влажности, обжа-
того без возмож-
ности бокового рас-
ширения давлением
Pi 6т веса сооруже-
, ния и собственного
веса грунта, см:
h' — высота того же об-
разца после пропу-
ска через него воды
г,о
Начало замачивания
0.9
0.8
О?
0,6
Уменьшение
пористости
от внешней
нагрузки
Дополнительное
уменьшение пори-
стости 6 резуль-
тате увлажнения
Р ю/смг
Рис. 160. Компрессионная кривая для
лёссовидного грунта
при давлении р,-, см\
h0 — высота образца грунта природной влажности обжатого дав-
лением, равным природному, см.
Зная относительную просадочность, можно определить возмож-
ную величину просадки по следующей формуле:
1
(99)
где 6,- — относительная просадочность каждого слоя, определяе-
мая при давлении р,-;
Hi — мощность рассматриваемого слоя, м;
п — число обжимаемых слоев;
т — коэффициент условия работы, который в зависимости
от ширины подошвы фундамента b принимают для глу-
бины / < 1,5 b равным 2, а для остальной толщи — 1,5.
Суммирование производится в пределах всей просадочной толщи,
которую принимают от подошвы фундамента до среднего уровня
грунтовых вод или до кровли слоя грунта с относительной проса-
дочностыо 6 < 0,01 при давлении на поверхности pt.
Дополнительные мероприятия при устройстве фундаментов
применяются и в том случае, если величина просадки будет больше
величины деформаций, допускаемых для зданий и установленных
СНиП П-Б.1—62.
239
Устройство фундаментов
на просадочных грунтах
К водозащитным мероприятиям относятся:
а) правильная компоновка генеральных планов и планировка
территории с обеспечением стока поверхностных вод;
б) устройство подготовки оснований под полы, заделка пазух
и отмосток;
в) обеспечение контроля за утечкой воды в процессе эксплуата-
ции трубопроводов.
Компоновка генерального плана промышленных предприятий
и населенных пунктов должна исключать возможность замачивания
грунтов оснований зданий и сооружений водами из бассейнов,
градирен, цехов с мокрыми технологическими процессами и т. д.
Планировка застраиваемой площадки должна проектироваться
с обеспечением быстрого стока атмосферных вод с максимальным
использованием естественного рельефа местности и существующих
путей стока. Все поверхностные воды должны отводиться с участка
как в период строительства, так и в процессе эксплуатации через
постоянно действующую ливнесточную сеть или непосредственно
по спланированной поверхности в наиболее низкое место за пре-
делы застраиваемой территории.
Применение песчаных грунтов, строительного мусора и других
дренирующих материалов для планировочных насыпей, включая
подготовку под полы зданий, для засыпки пазух котлованов у фун-
даментов п траншей трубопроводов не допускается.
Вокруг каждого здания или сооружения должны быть устроены
водонепроницаемые отмостки или тротуары с уклоном 0,03. Отмостки
должны быть на 0,3 м шире засыпаемых пазух котлованов, но
не менее 1м.
Для крупнопанельных зданий, возводимых на просадочных
грунтах, устраивается водонепроницаемый экран на отметке зало-
жения подошвы фундаментов путем уплотнения грунта тяжелыми
трамбовками или устройства грунтовой подушки под всем зданием.
Экран должен выступать не' менее чем на 0,8 м за наружную грань
фундамента.
Для промышленных зданий и сооружений, с мокрыми техноло-
гическими процессами, возводимых на толщах просадочных грун-
тов II типа, следует предусматривать подготовку под полы, тол-
щиной не менее 1 м, устроенную по принципу водонепроницаемого
экрана
Оъемный вес скелета грунта после уплотнения тяжелыми трам-
бовками в пределах всей толщи грунтовой подушки должен быть
не менее 1,7 т/м3.
Конструктивные мероприятия применяются для обеспече-
ния общей устойчивости и эксплуатационной пригодности зда-
ний и сооружений при возможных просадках от случайного зама-
чивания грунтов основания. К конструктивным мероприятиям
относятся:
240
а) разрезка здания осадочными швами;
б) устройство стыков равнопрочных с соединяемыми конструк-
тивными элементами на воздействие неравномерной просадки
основания;
в) увеличение прочности отдельных элементов конструкций
или сооружений введением дополнительного армирования;
Рис 161. Конструкция крупнопанельного фундамента
с гибкой схемой, разработанного для строительства
на просадочных грунтах:
1 — несущие башни; 2 — перекрытия
г) устройство армированных поясов, непрерывных по всей
длине наружных и внутренних капитальных стен в пределах отдель-
ных, разделенных осадочными швами, блоков;
д) увеличение размеров площадей опирания элементов конст-
рукций;
е) приспособление конструкций к быстрому восстановлению
их после просадки в проектное положение;
ж) назначение таких конструкций фундаментов, стен и других
элементов зданий или сооружений, которые соответствуют условиям
строительства на просадочных грунтах (например конструкции,
легко приспособляемые или слабо реагирующие на неравномерные
просадки основания и т. д.).
Здания и сооружения должны иметь возможно более простые
формы в плане. Для уменьшения длины изгибаемых участков
при неравномерной просадке здания и сооружения разрезаются
осадочными швами. Осадочные дивы зданий должны совмещаться
с температурными.
241
Для крупнопанельных зданий отдельные блоки должны замы-
каться поперечными стенами у просадочных швов. Расстояния
между осадочными швами в многоэтажных зданиях должны быть
при грунтах I типа не более 42 м, а при грунтах II типа не более 30 м.
Изменение просадочных свойств грунтов возможно с помощью
уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками, грунтовыми сваями,
методом силикатизации (см. §§ 29, 30). В последние годы в условиях
просадочных грунтов получили применение свайные фундаменты,
расчет которых ведется с учетом изменения свойств грунтов при
замачивании.
На рис. 161 показана гибкая конструкция экспериментального
крупнопанельного здания, разработанного НИИ оснований.
§ 42. ФУНДАМЕНТЫ НА МЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
Мерзлые грунты и их свойства
Мерзлыми называются такие грунты, которые имеют темпера-
туру ниже или равную 0° и содержат хотя бы часть воды в порах
в виде льда.
Вечномерзлыми называются грунты, не подвергающиеся сезон-
ному оттаиванию в течение неопределенно долгого времени.
Площадь распространения вечномерзлых грунтов составляет
около 47% всей территории СССР. Мощность слоя вечномерзлого
грунта в разных районах различна от тонких прослоек до 500 м.
Над вечномерзлым грунтом расположен слой летнего протаива-
ния, толщина которого составляет от 0,2 до 4,5 м. Если этот слой
при промерзании не сливается с вечной мерзлотой, то его называют
сезоннопромерзающим, а если сливается — сезоннооттаивающим.
В некоторых районах вечной мерзлоты, наблюдаются наледи —
грунтовая вода, выступившая на поверхность земли и замерзшая.
Известны случаи образования наледи в помещениях, что делает
их непригодными для эксплуатации.
Чтобы образовалась наледь, грунтовая вода, зажатая в слое
талого грунта между нижележащим вечномерзлым грунтом и выше-
лежащим слоем замерзшего грунта, должна порвать верхний слой
под напором и вылиться наружу.
В районах распространения вечной мерзлоты находятся раз-
личные виды грунтов (песчаные, глинистые, илистые, пылеватые
и др.), очень разнообразные по своим свойствам.
Маловлажные пески, крупнообломочные и скальные породы
практически не меняют своих свойств при замерзании и оттаивании.
Глинистые, илистые и пылеватые в мерзлом состоянии достаточно
прочны, но при оттаивании переходят в текучее состояние и могут
выдавливаться из-под фундамента, вызывая большие осадки соору-
жений. Осадки, которые возникают в результате оттаивания грунта,
называются просадками.
Мерзлые грунты по их состоянию подразделяются на следую-
щие виды:
242
а) твердомерзлые, у которых частицы сцементированы очень
прочно; к таким грунтам относятся песчаные и глинистые при тем-
пературах в град. °C: для пылеватых песков — 0,3°, супесей — 0,6°,
суглинков — 1°, глин — 1,5°;
б) пластичномерзлые, в которых сохраняется часть незамерзшей
воды. Это характерно для водонасыщенных грунтов, у которых
степень влажности больше 0,8 (см. § 7);
в) сыпучемерзлые — песчаные и крупнообломочные, частицы
которых несцементированы льдом.
Для мерзлых грунтов по сравнению с обычными немерзлымп
необходимы дополнительные характеристики:
а) суммарная влажность, определяемая отношением веса всех
видов воды, находящейся в мерзлом грунте, к весу твердых частиц;
б) суммарная льдистость, определяемая отношением объема
льда, содержащегося в мерзлом грунте, к объему мерзлого грунта;
в) степень заполнения пор мерзлого грунта льдом и незамерз-
шей водой;
г) относительное сжатие мерзлого грунта при переходе его
в оттаивающее состояние;
д) данные для расчета мерзлых и оттаивающих оснований
по прочности, устойчивости и по деформациям.
Нормативное давление Ди для вечномерзлых грунтов опреде-
ляется по табл. СНиП П-Б.6—66 в зависимости от величины отри-
цательной температуры и льдистости и обычно находится в преде-
лах от 3 до 24 кг/см2.
Прочностные свойства мерзлых грунтов значительно отли-
чаются от свойств немерзлых грунтов и зависят от величины отри-
цательной температуры грунта.
Предел прочности мерзлых песков на сжатие при быстром воз-
растании нагрузки составляет 50—150 кг/см2, а для мерзлых
глин — 10—50 кг/см2. Это связано с тем, что лед, образующийся в
грунте, цементирует частицы и в несколько раз превышает прочность
связей между ними.
Однако для мерзлых грунтов характерным является то, что
при длительном действии нагрузки прочность их снижается
в 7—10 раз.
Под действием нагрузки лед начинает течь и происходит рас-
слабление связей между частицами (релаксация). Поэтому о проч-
ности мерзлых грунтов принято судить по величине длительного
сопротивления.
Основной характеристикой прочности мерзлых грунтов является
величина длительного сцепления, которое рекомендуется опреде-
лять методом шариковой пробы (см. § 8). Значение длительного
сцепления Сдл определяется по графику, полученному опытным
путем (см. рис. 24). Для практических целей достаточно получить
величину сцепления С8, соответствующую 8 ч действия нагрузки,
а Сдл принимается тогда равным 0,8 С8.
При расчете по деформациям величину просадки определяют
в зависимости от коэффициента относительного сжатия, который
243
получают в лаборатории по результатам испытания грунтов на ком-
прессионном приборе по формуле:
(ЮО)
“М
где hu — высота образца мерзлого грунта в природном состоянии,
ht — высота того же образца после оттаивания, полученная
при сжатии нагрузкой, равной давлению под фундаментом.
Устройство фундаментов
на вечномерзлых грунтах
При эксплуатации жилых и промышленных зданий, имеющих
внутри положительные температуры, происходит передача тепла
на грунт, которое вызывает постепенное оттаивание мерзлых грун-
тов основания. Поэтому при строительстве зданий и сооружений
на вечномерзлых грунтах необходимо применять специальные ме-
тоды устройства фундаментов.
В зависимости от свойств вечномерзлых грунтов, а также кон-
структивных и технологических особенностей зданий и сооружений
строительство может вестись исходя из следующих двух прин-
ципов использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований
зданий и сооружений.
Принцип 1 — грунты основания используются в мерзлом сос-
тоянии в течение всего периода эксплуатации здания или сооруже-
ния (метод сохранения вечной мерзлоты).
Принцип 2 — грунты основания используются в оттаивающем
состоянии, которое происходит в процессе Эксплуатации зданий
и сооружений, и в оттаявшем состоянии, которое произошло до на-
чала строительства.
Принцип 1 может применяться для устройства фундаментов
на любых мерзлых грунтах. Его целесообразно применять при зна-
чительной мощности мерзлого слоя (от 15 м и более), при устой-
чивом температурном режиме.
Сущность его заключается в том, что конструкция здания
и метод устройства фундаментов позволяют уменьшить передачу
тепла на грунт и сохранить грунты основания в мерзлом состоянии.
Для этой цели в здании устраиваются проветриваемые под-
полья высотой не менее 0,7—1 м (рис. 162—163), которые провет-
ривают зимой и закрывают летом.
В промышленных зданиях с повышенным тепловыделением
(котельные, горячие цехи и др.) иногда устраиваются неотапли-
ваемые первые этажи.
Для промышленных зданий большой площади применяются
подземные охлаждающие устройства в виде систем труб, каналов
с газообразными или жидкостными хладоносителями.
Водопроводные, теплофикационные и канализационные сети
укладываются в галереях, при этом устраивается тщательная термо-
изоляция труб и особенно вводов в здания.
244
Все работы, связанные с устройством фундаментов, рекомен-
дуется проводить в зимнее время при отрицательных температурах.
В летний период необходимо обеспечить сохранение мерзлого
состояния грунта.
Рис 162 Схемы фундаментов с проветриваемым зимой под-
польем:
а — схема проветриваемого подполья, б — конструктивная схема
фундамента стойки, 1 — мерзлый грунт, 2 — нетеплопроводнач
и водонепроницаемая отмостки, 3 — протпвопучиннстая засыпка
Второй принцип состоит в приспособлении конструкции фун-
дамента и самого сооружения к неравномерным осадкам грунтов
основания при их оттаивании и включает два метода: 1) конструктив-
ный, который заключается в
приспособлении фундаментов
и надфундаментных конструк-
ций к осадкам, возникающим
при оттаивании грунтов в про-
цессе эксплуатации зданий;
2) предпостроечного оттаи-
вания и упрочнения основа-
ния.
В процессе эксплуатации
здания под воздействием теп-
лового обмена в пределах не-
которой зоны происходит
оттаивание грунта. Эга зона
называется чашей оттаива-
ния и может быть различных
размеров. Учитывая, что про-
таивание под -зданием может
Рис. 163 Промышленное здание с под-
польем:
1 — деятельный слой, 2 — вечномерзлый
грунт
достигать больших величин
и происходить неравномерно, по этому методу фундаменты возво-
дятся на крупнообломочных или песчаных грунтах, которые при
оттаивании под нагрузкой уплотняются, а не выдавливаются из-под
подошвы фундамента и имеют предельное давление не ниже
1 кг!см\
При проектировании здания определяют возможную осадку
и в зависимости от ее величины применяют такие конструкции
зданий, которые обеспечивают прочность их при неравномерных
245
осадках. Для этого здания проектируются небольшими в плане
и простыми по форме, устраиваются осадочные швы, применяются
железобетонные пояса, в ряде случаев в уровне верхнего обреза
фундаментов и на уровне окон предпоследнего этажа.
Второй метод рекомендуется для небольшой мощности мерзлых
грунтов под подошвой сооружения (не более 5—7 м) и при залега-
нии мерзлого грунта в виде отдельных островов. Если несущая
способность оттаявших грунтов недостаточна, их нужно укрепить
искусственно.
Оттаивание мерзлых грунтов может проходить естественным
путем (под воздействием солнечного тепла), а также искусственным
с помощью гидравлического или парового обогрева.
Для гидравлического оттаивания грунта строительную пло-
щадку, ограниченную валом, нужно залить слоем воды толщи-
ной 2—3 м.
Рис. 164. Строительство на городках:
1 *- пол,; 2 — черный пол; 3 — строительный мусор; 4 — поверхность земли;
<5 — поверхность мерзлого грунта; 6 — городки
Для парового оттаивания в качестве источника пара применяют
паровой котел. Пар вводится в грунт с Тюмощью паровых игл.
Таким способом удается оттаивать мерзлый грунт на глубину
до 10 м. Фундаменты зданий, возводимых по этому методу, должны
устраиваться с учетом особенностей талых грунтов.
Деревянные здания на маловлажных непучинистых грунтах,
находящихся в мерзлом состоянии, устраивают на деревянных
«стульях», подобных изображенному на рис. 89, а, или на «город-
ках», т. е. на клетках, сложенных из трех-четырех рядов коротких
отрезков бревен (рис. 164).
Для многоэтажных зданий наиболее целесообразны железобе-
тонные столбчатые фундаменты, имеющие меньшие поперечные
сечения, чем ленточные. Вследствие этого в грунт проникает меньше
тепла и он лучше сохраняется в мерзлом состоянии. В Норильске
3—4-этажные здания успешно строятся на железобетонных сваях,
опущенных в буровые скважины. Сваи вмораживаются в грунт,
не оттаивающий и летом.
Применение свай для устройства фундаментов в вечномерзлых
грунтах значительно возросло в последние годы и показало надеж-
ность и экономичность подобных конструкций.
246
На рис. 165 показаны свайные фундаменты под промышленное
здание с устройством проветриваемого подполья.
Рис. 165. Устройство фундаментов на сваях
Погружение свай производится или в предварительно пробурен-
ные скважины, в которых сваи после погружения заливаются шла-
ком, или в предварительно оттаянный грунт с помощью паровой иглы.
После вмерзания в грунт свая приобретает высокую несущую
способность и обеспечивает устойчивость зданий.
Устойчивость фундаментов
при действии морозного пучения
При промерзании сезоннооттаивающие грунты значительно уве-
личиваются в объеме. Это увеличение происходит за счет расширения
воды при превращении ее в лед. Кроме того, благодаря перемеще-
нию влаги к фронту промерзания (этот процесс называется мигра-
цией влаги), количество воды в промерзшем грунте растет по мере
его промерзания. Увеличение объема грунта вызывает его подъем,
247
Рис 166. Схема к расчету фун-
дамента на выпучивание (по
Н. А. Цытовичу)
при этом грунт, смерзаясь с фундаментом увлекает его за собой
и вызывает выпор фундаментов. Силы, стремящиеся вызвать выпор
фундаментов, называются силами морозного пучения. Явление
морозного пучения особенно сильно проявляется в глинистых
и пылеватых грунтах.
Расчет фундаментов на выпучивание сводится к тому, чтобы
обеспечить превосходство сил, препятствующих подъему фунда-
мента. К таким силам относятся на-
грузка от веса сооружения и фунда-
мента и силы смерзания грунта с боко-
вой поверхностью части фундамента,
заглубленной в вечномерзлый грунт
(рис. 166). Из рисунка видно, что фун-
дамент, заанкеренный в вечномерзлом
грунте, работает на растяжение. По-
этому фундаменты в вечномерзлых
грунтах делают из железобетона.
Силы пучения зависят от величины
смерзания грунта с боковой поверх-
ностью фундаментов и размеров этой
поверхности.
Для уменьшения сил смерзания
фундамета с грунтом в зоне сезон-
нооттаивающих грунтов рекомен-
дуется делать фундаменты с противопучинистыми засыпками из су-
хого гравия или крупного пропитанного нефтью песка, а также
с помощью заполнения пазух материалами с низкой температурой
смерзания, например, засоленной глиной или грунтами, пропитан-
ными битумными мастиками.
Расчет фундаментов по устойчивости и. прочности на действие
сил морозного пучения ведется в соответствии с СНиП П-Б.6—66.
§ 43. ФУНДАМЕНТЫ В СЕЙСМИЧЕСКИХ РАЙОНАХ
Сейсмическими явлениями называются упругие колебания зем-
ной коры, вызывающие разрывы и разрушения горных пород.
К таким явлениям относятся землетрясения.
Землетрясения возникают в результате резких смещений плас-
тов горных пород, крупных обвалов и вулканических извержений.
Упругие колебания земной коры, распространяющиеся от источ-
ника землетрясения, передаются фундаментам и надфундаментным
конструкциям. Сейсмические силы, возникающие в конструкциях
зданий и сооружений, могут вызвать их разрушение. В связи с этим
в районах, подверженных землетрясениям, при устройстве фунда-
ментов необходимо применять специальные методы, обеспечиваю-
щие устойчивость сооружений.
Общее число землетрясений огромно (до 100 тыс. в год). Но земле-
трясения, вызывающие заметные колебания и являющиеся разру-
шительными, составляют не больше 0,1%.
248
Степень интенсивности землетрясения зависит от величины
ускорения колебательного движения, которое называется сейсми-
ческим ускорением и оценивается в баллах от 1 до 12. Каждому
баллу соответствует определенная расчетная величина сейсмичес-1
кого коэффициента К, т. е. отношения сейсмического ускорения
к ускорению силы тяжести g — 981 см/сек2.
В табл. 38 приведена зависимость сейсмического ускорения
и коэффициента сейсмичности К от силы землетрясения.
Характеристика землетрясений
ТАБЛИЦА 38
Сила землетрясения, баллы Сейсмическое ускорение, с м/сек* Коэффициент сейсмичности, к Характер землетрясения
14-6 0,254- 10 0,01 Слабые и умеренные
7 104-25 0,025 Очень сильные
8 25 4-50 0,05 Разрушительные
9 504-100 0,1 Опу стошител ьн ые
10-12 100 4-500 0,1-0,5 Уничтожающие и катастро-
фические
В зависимости от силы возможных землетрясений составлены
карты сейсмического районирования. Например, Ашхабад, Алма-
Ата и Красноводск характеризуются сейсмичностью в 9 баллов,
Ереван, Петропавловск-Камчатский, Душанбе и Ялта — в 8 баллов,
а Владивосток, Иркутск, Кишинев, Самарканд и Севастополь —
в 7 баллов.
Расчетная сейсмическая нагрузка
При расчете сооружения в сейсмических районах, кроме обыч-
ных нагрузок и воздействий, учитываются сейсмические силы
инерции,' которые приводятся к статическим силам и опреде-
ляются по следующей формуле:
S = KGa, (101)
где К — сейсмический коэффициент;
G — весовая нагрузка сооружения, т\
а — коэффициент, зависящий от динамических свойств соору-
жения: обычно а принимается в пределах от 1 до 2.
Сейсмические силы учитываются в расчетах фундаметов при
расчетной сейсмичности 7 баллов и более. Расчет ведется одно-
временно на действие вертикальных и горизонтальных сейсми-
ческих сил, собственного веса конструкций и полезных на-
грузок.
Прочность и устойчивость сооружений в сейсмических районах
зависит от ряда факторов, которые необходимо учитывать при про-
249
ектировании, выборе площадки, общей компоновки зданий и соору-
жений, типа фундаментов и т. д.
При выборе площадки следует избегать территорий со слабыми
грунтами. Наилучшим основанием являются скальные и полускаль-
ные породы, плотные гравелистые и крупные пески. Водонасыщен-
ные мелкие пески и пластичные глинистые грунты являются наи-
менее устойчивыми к сейсмическим силам. Глубину заложения фун-
даментов применяют такой же, как и для несейсмических районов.
Однако фундаменты следует закладывать на одном уровне и в одно-
родном, устойчивом в сейсмическом отношении грунте. Конструк-
ция фундаментов должна иметь возможно большую жесткость
и прочность. С этой целью следует применять монолитные железо-
бетонные фундаменты в виде перекрестных лент и сплошных плит
с усиленным армированием. Сборные фундаменты должны замоноли-
чиваться. Столбчатые фундаменты необходимо перекрывать моно-
литными рандбалками.
В сейсмических районах возможно устройство свайных фунда-
ментов. Опыт показал, что свайные фундаменты являются устой-
чивыми по отношению к сейсмическим силам, если они находятся
в сжимаемых грунтах. Заделка нижних концов свай в прочный
грунт ухудшает их работу. Однорядное расположение свай не реко-
мендуется. Ростверки должны быть монолитными и жестко связаны
со сваями.
Несущую способность свай следует принимать с пониженным
коэффициентом по сравнению с величинами, рекомендуемыми СНиП
П-Б.1—62. При испытании статической пробной нагрузкой следует
добавлять вибрационную нагрузку, имитирующую силу, возни-
кающую при землетрясениях.
ГЛАВА XII
УСИЛЕНИЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ
ФУНДАМЕНТОВ
§ 44. СЛУЧАИ УСИЛЕНИЯ
И РЕКОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ
Усиление и реконструкция фундаментов оказываются необхо-
димыми в следующих случаях:
1) при увеличении нагрузок на фундаменты в связи с надстрой-
кой зданий, изменения производственных процессов или назначе-
ния помещений на промышленных предприятиях;
2) при строительстве новых сооружений, возведение которых
сказывается на прочности фундамента;
3) при изменении гидрогеологических условий вследствие изме-
нения уровня грунтовых вод;
4) при недостаточной прочности материалов фундаментов вслед-
ствие низкого качества работ;
5) при появлении недопустимых для здания деформаций.
В свою очередь причинами появления деформаций зданий могут
быть очень многие факторы, и в первую очередь ошибки, допущен-
ные при инженерно-геологических изысканиях, неточности сбора
нагрузок на фундаменты, неправильности ведения работ по устрой-
ству фундаментов и многих других.
Для установления причин деформаций зданий необходимо про-
вести специальные обследования, в объем которых входит: .
.1) сбор сведений об истории сооружений и изучение технической
документации;
2) обследование надземной конструкции;
3) обследование фундаментов;
4) изучение грунтовых условий в основании.
На основании этих данных составляется заключение о причи-
нах деформаций и проект по усилению и реконструкции фун-
даментов.
Изучение материалов технической документации позволяет
получить сведения о нагрузках на фундаменты и их конструкцию.
Размеры конструкций и качество материалов впоследствии прове-
ряются при отрывке Шурфов.
251
Для установления причин деформаций здания очень важным
является внешний осмотр деформаций, установление характера рас-
положения трещин, а также выявление путем наблюдения за осад-
ками и размерами трещин продолжающихся или законченных
процессов.
Объем инженерно-геологических изысканий обязательно вклю-
чает изучение грунтов в шурфах и скважинах, а также в некоторых
случаях испытание их пробной статической нагрузкой для уста-
новления несущей способности.
§ 45. СПОСОБЫ УСИЛЕНИЯ
И РЕКОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ
Основными способами усиления фундаметов являются следую-
щие: цементация кладки при ее недостаточной прочности, усиление
Рис 167 Усиление стены
подвала и фундамента же-
лезобетонной обоймой:
1 — бутовый фундамент, 2 —
кирпичная стена, 3 — железо-
бетонная обойма, 4 — анкеры
стен подвала железобетонными обой-
мами (рис. 167), посекционная пере-
кладка с заменой старой кладки.
Перекладка фундаментов очень
сложный и дорогой способ. На рис.
168 показана схема передачи нагруз-
ки на балку при подводке новых
фундаментов.
Для повышения несущей способ-
ности основания возможны следующие
способы: цементация (рис. 169), сили-
Рис 168 Передача нагрузки от стены
на горизонтальную балку:
I — стена, 2 — двутавровая балка; 3 —
распределительная балка, 4 — опоры из
деревянных брусьев, 5 — траншея для
подведения нового фундамента
катизация и химизация основания. Способ цементации был при-
менен при усилении основания здания Большого театра СССР
252
в Москве, фундаменты которого были выполнены из деревянных
свай и начали загнивать при понижении уровня грунтовых вод
после введения реки Неглинки в коллектор.
Рис. 169 Схема цементации основания:
а — здание без подвала, б — здание с подвалом
Рис 170 Схема устройства основа-
ния на выносных сваях.
1 — обвязочные балки, 2 — поперечная
балка, 3 —места заклинки, обвязка
по верху свай, 5 — набивные сваи, 6 —
сгнивший деревянный ростверк и сваи
Рис. 171 Схема устройства набив-
ных свай подвала
На рис. 170 показано усиление основания с помощью набивных
свай. На рис. 171 показан процесс их изготовления. Применение
набивных свай исключает сотрясения грунта и дает возможность
изготовлять их в подвальном помещении.
253
В случае увеличения нагрузок целесообразно уширение фун-
дамента (рис. 172), этим достигается снижение давлений на основа-
ние под подошвой.
При реконструкции зданий путем их надстройки необходимо
установить существующие и возможные после надстройки нагрузки.
Рис. 172. Усиление существующих фундаментов путем увеличения площади
подошвы:
1 — старая кладка; 2 — ааклиика; 3 — новая кладка; 4 — уплотненный грунт
В ряде случаев давления под подошвой фундаментов будут нахо-
диться в пределах нормативных величин, й усиление .фундаментов
не нужно.
В случае, если усиление фундаментов необходимо, оно может
быть выполнено одним из способов, рассмотренных выше.
В тех случаях, когда по расчету предполагается получение
значительных осадок, для увеличения жесткости и уменьшения
деформаций в надстройках на уровне нового и старого перекрытий,
необходимо предусмотреть железобетонные пояса, а также прово-
дить наблюдения за осадками в процессе эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА
Абелев Ю. М., Абелев М. Ю. Основы проектирования и строи-
тельства на просадочных макропористых грунтах. М., Стройиздат, 1968.
Баркан Д. Д. Применение вибрационного метода в строительстве. М.,
Госстройиздат, 1959.
Бер езанцев В. Г. Расчеты прочности оснований сооружений. М.,
Госстройиздат, 1959.
Березанцев В. Г., Медков М. И. и др. Механика грунтов, осно-
вания и фундаменты М , Трансжелдориздат, 1970.,
Веселов В. А. Расчет фундаментов и оснований М., Стройнздат, 1970
Винокуров Е. Ф. Расчеты оснований и фундаментов. Минск, Изд-во
АН БССР, 1960.
Грутман М. С. Свайные фундаменты. «Будивельник», 1969.
Денисов Н. Я. Инженерная геология. М., Госстройиздат, 1960.
Долматов В. И. Проектирование фундаментов зданий и промышлен-
ных сооружений. М., «Высшая школа», 1969.
Дранников А. М. Инженерная геология. Киев, Госстройиздат УССР,
1965.
Иванов И. Т. Усиление оснований, фундаментов и стен жилых зданий.
Изд-во Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1955.
Клейн Г. К. Расчет подпорных стен. М., «Высшая школа», 1964.
К о н д и н А. Д., Г о ц М. А. и др. Рациональные конструкции фунда-
ментов промышленных здйний. М., Стройиздат, 1964.
Косолапов В. Г. Сооружения свайных фундаментов неглубокого
заложения. М., Стройиздат, 1965.
Косолапов В. Г. Свайные работы. М., «Высшая школа», 1969.
Лалетин Н. В. Основания и фундаменты. М., «Высшая школа», 1964.
Линович Е. А., Линович Л. Е. Расчет и конструирование частей
гражданских зданий. Киев, Госстройиздат, УССР, 1960.
Пешковский Л. М. Расчеты оснований и фундаментов гражданских
и промышленных зданий. М., «Высшая школа», 1968.
Пособие по проектированию фундаментов на естественном основании. М.,
Стройиздат, 1964.
Руководство по проектированию свайных фундаментов из забивных свай.
М , Стройиздат, 1971.
Сор о ч а н Е. А Сборные фундаменты промышленных и жилых зданий.
М., Госстройиздат, 1962.
Соколов Н. М., Свет и некий Е. В. Свайные работы. М., Строй-
издат, 1964.
Соколов Н. М., Мариупольский Г. М. и др. Основания
и фундаменты. М., Стройиздат, 1963.
Справочник проектировщика. Основания и фундаменты. М.,Стройиздат, 1964.
СНиП П-Б.1—62. Основания зданий и сооружений.
СНиН П-Б.2—62. Основания и фундаменты зданий и сооружений на проса-
дочных грунтах.
СНиП П-Б.5—67. * Свайные фундаменты из забивных свай.
СНиП П-Б.6—66. Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечно-
мерзлых грунтах.
Трофименков Ю. Г., Ободовский А. А. Свайиые фунда-
менты для жилых зданий. М., Стройиздат, 1970.
Трофименков Ю. Г. и др. Полевые методы исследования строитель-
ных грунтов. М., Стройиздат, 1964.
Цытович Н. А. Основания и фундаменты на мерзлых грунтах. М.,
Изд-во АН СССР, 1958.
Цытович Н. А. Механика грунтов. М., Госстройиздат, 1968.
Цытович Н. А., Березанцев В. Г., Долматов Б. И.,
Абелев М. Ю. Основания и фундаменты. М., «Высшая школа», 1970.
Эрнстов В. С., Абхаз и В. И. и др. Производство гидротехни-
ческих работ. М., Стройиздат, 1970.
255
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ................................................................. 3
Основные понятия.......................................................... 3
Краткий обзор развития фундаментостроения ................................ 6
Глава I. Геологическое строение земли.............................. . . 10
§ 1. Строение земного шара . ................................... 10
§ 2. Минералы и горные породы .................................. 11
§ 3. Геологическая хронология...................................... 13
§ 4. Процессы образования грунтовых отложений ..................... 16
Глава II. Грунты оснований и грунтовые воды . . . ....................... 20
§ 5. Состав н строение грунта................................... 20
§ 6. \ Виды грунтов ............................................... 23
§ 7. Физические свойства грунтов................................... 27
§ 8. Механические свойства грунтов................................. 35
Глава III. Исследование грунтовых условий строительной площадки . . 57
§ 9. Производство полевых разведочных работ....................... 57
§ 10. Отбор и описание образцов грунта н воды...................... 62
§11. Новые методы исследования грунтов в полевых условиях...... 67
§ 12. Результаты геологического исследования строительной площадки 71
Глава IV. Взаимодействие сооружения и грунтового основания............ 73
§ 13. Давление от собственного веса грунта......................... 73
§ 14. Распределение давления в массиве основания........,.......... 83
§ 15. Давление сооружения на основание............................. 90
Глава V. Расчет оснований................................................ 94
§ 16. Предельное состояние оснований................................ 94
§ 17. Нагрузки зданий................................................ 98
§ 18. Расчет оснований по прочности и устойчивости................. 100
§ 19. Осадки основания............................................. 109
Глава VI. Фундаменты на естественном основании......................... 121
§ 20. Глубина заложения фундаментов.............................. 121
§ 21. Конструкции фундаментов..................................... 126
§ 22. Определение размеров подошвы фундаментов.................... 143
§ 23. Осадочные швы. Гидроизоляция фундаментов и зданий............ 146
§ 24. Примеры расчета фундаментов ................................. 152
Глава VII. Особенности возведения фундаментов на естественном осно-
вании ................................................................... 157
§ 25. Устройство котлованов ...................................
§ 26. Водоотлив и осушение грунтов котлованов и траншей......
§ 27. Подготовка оснований и устройство фундаментов............
Глава VIII. Искусственное укрепление грунтов основания...............
§ 28. Замена слабых грунтов ...................................
§ 29. Уплотнение слабых грунтов............... ................
§ 30. Закрепление слабых грунтов ..............................
Глава IX. Свайные фундаменты.........................................
§ 31. Сван и свайные фундаменты..................................
§ 32. Погружение саай в грунт .................................
§ 33. Несущая способность саай.................................
§ 34. Совместная работа группы свай............................
§ 35. Проектирование и расчет свайного фундамента..............
Глава X. Фундаменты глубокого заложения..............................
§ 36. Опускные колодцы.........................................
§ 37. Кессоны '................................................
§ 38. Тонкостенные сваи-оболочки...............................
Глава XI. Основания и фундаменты в особых условиях ..................
§ 39. Фундаменты на сильно сжимаемых грунтах.....................
§ 40. Фундаменты на насыпных и намывных грунтах...............
§ 41. Фундаменты на просадочных грунтах .......................
§ 42. Фундаменты на мерзлых грунтах............................
§ 43. Фундаменты в сейсмических районах........................
Глава XII. Усиление и реконструкция фундаментов......................
§ 44. Случаи усиления и реконструкции фундаментов .............
§ 45. Способы усиления и реконструкции фундаментов.............
Литература ...................................................... . . .
157
168
172
174
175
176
182
190
190
196
207
214
215
220
220
225
228
232
232
235
237
242
248
251
251
252
255