|
|
Теоретическое и экспериментальное
обоснования применения прерывистых фундаментов
Исследование совместной работы оснований и сборных
фундаментов. Ленточные фундаменты имеют один недостаток: в случае
несовпадения расчетной ширины фундамента е шириной типового блока-подушки
приходится устраивать . фундамент завышенной ширины. Вследствие этого несущая
способность грунта основания используется не полностью. Этот недостаток
сборных фундаментов устраняется при укладке блоков-подушек не вплотную, а на
некотором расстоянии друг от друга. Такой фундамент в отличие от сборного
ленточного был назван сборным прерывистым фундаментом.
Сборные прерывистые фундаменты были впервые применены по
предложению НИИ оснований в 1954 г. на строительстве девятиэтажного жилого
дома в Измайлове (Москва).
Как известно, величина осадки фундамента зависит не только
от площади фундамента, но и от его формы. Отсюда следует, что можно выбрать
фундамент такой формы, осадка которого при равной площади и нагрузке будет
минимальной, или наоборот, при равных осадках площадь такого фундамента будет
наименьшей.
Дальнейшие исследования совместной работы сборного
фундамента и основания были направлены на нахождение олтй-мального
конструктивного решения фундамента, площадь которого при заданной предельной
величине осадки и при прочих равных условиях (одинаковых грунтах, нагрузках и
т. д.) была бы наименьшей. Для выяснения наиболее рациональной формы
фундаментов произведено сравнение осадки ленточного и прерывистого
фундаментов при постоянной нагрузке. Для сравнения принимались не абсолютные
величины осадок этих фундаментов, а их отношение.
Величина приведенной осадки, а тем самым осадка
прерывистого фундамента зависит:
а) от расстояния между блоками-подушками;
б) отношения сторон фундамента;
в) отношения сторон блока-подушки.
Рассмотрим влияние расстояния между блоками-подушками на
величину приведенной осадки, когда ширина прерывистых фундаментов больше
ширины ленточных. Такая зависимость для прерывистых фундаментов шириной 1,6;
2 и 2,5 м, заменяющих ленточный шириной 1,6 ж, показана на 28. Из графика
следует, что величина приведенных осадок для прерывистого фундамента шириной 1,6 м, равной ширине заменяемого им ленточного фундамента, более единицы и, следовательно, осадка
такого прерывистого фундамента превышает осадку ленточного. Для прерывистых
фундаментов шириной 2 и 2,5 м при небольших расстояниях между блоками (менее 70 см и менее 100 см) величина приведенной осадки меньше единицы. Следовательно, при определенных
расстояниях между блоками- подушками осадки прерывистых фундаментов будут
равны осадке заменяемого ленточного.
Расчет оснований фундаментов по предельным деформациям
производится так, чтобы осадка не превышала допустимой величины. При расчете
прерывистых фундаментов за допустимую величину принимается осадка сплошного
ленточного фундамента, если она не превышает предельной осадки, установленной
нормами. В этом случае ленточный фундамент шириной 1,6 м может быть заменен прерывистым шириной 2 м с расстоянием между блоками-подушками 70 см или фундаментом шириной 2,5 м с расстоянием 100 см. Следовательно, верно и обратное, что
ленточные фундаменты разной ширины можно заменять эквивалентным по величине
осадки прерывистым фундаментом большей ширины, но с разными расстояниями
между блоками-подушками. Подобная замена имеет большое практическое значение,
так как дает возможность ограничиться при устройстве сборных фундаментов
небольшим числом типоразмеров блоков-подушек.
Изменение опорной площади при замене ленточного фундамента
прерывистым, эквивалентным ему по величине осадки, показано на 28, б, где по
оси ординат отложены отношения опорной площади преоывистого фундамента Fnp к
опорной площади ленточного F , а по оси абсцисс — расстояния между
блоками-подушками С. Из графика видно, что по мере увеличения расстояния
между блоками уменьшается площадь прерывистого фундамента. Сравнение
графиков 28, а и б показывает, что осадка прерывистого фундамента возрастает
не пропорционально изменению опорной площади, а значительно медленнее.
Поэтому можно подобрать такой прерывистый фундамент, площадь которого при
прочих равных условиях (одинаковых осадках, грунтах и нагрузках) будет менее
площади ленточного, что обусловливает экономическую эффективность прерывистых
фундаментов.
Для определения расстояния между блоками-подушками
рассмотрим ленточный фундамент и заменяющий его прерывистый большей ширины,
причем достаточно рассмотреть не весь ленточный фундамент, а только часть
его, т. е. участок длиной L= 10ЬЛ, так как при отношении сторон фундамента
больше 10 сжимающие напряжения в грунте практически такие же, как и при
ленточном.
Осадка прерывистого фундамента определяется осадкой
среднего блока. Но так как на осадку среднего блока прерывистого фундамента
оказывают влияние блоки, расположенные от него с обеих сторон, она возрастет
в К раз.
Анализ характера распределения сжимающих напряжений в
грунте основания показывает, что в случае замены ленточных фундаментов
прерывистыми, эквивалентными по величине осадки, наблюдается увеличение
напряжений в верхних слоях основания, в то время как в нижних слоях
происходит их уменьшение. Этим и объясняется равенство осадок таких
фундаментов. Расчетами было установлено, что глубина зоны концентрации
напряжений не превышает полуторной ширины заменяемого ленточного фундамента.
"Площадь прерывистого фундамента, эквивалентного по
величине осадки ленточному, менее площади последнего, а давление по подошве —
более. Увеличение давления по подошве прерывистого фундамента может привести
к появлению пластических зон в контактном слое и к нелинейным деформациям.
Кроме того, увеличение давления должно отразиться на работе блока-подушки.
Для выяснения последнего вопроса были рассмотрены условия работы
блока-подушки в ленточном и прерывистом фундаменте и установлено, что в
последнем случае реактивные давления распределяются более равномерно. Тем
самым условия работы блока оказываются более благоприятными.
Экспериментальные иеледования осадок прерывистых и
ленточных фундаментов. Для проверки теоретических исследований были проведены
полевые эксперименты и наблюдения за осадками зданий, построенных на
ленточных и прерывистых фундаментах. Целью экспериментальных исследований
было определение зависимости величины осадки прерывистых фундаментов от
расстояния между блоками-подушками и от различных соотношений сторон, блоков.
Полевые опыты проводились на двух площадках, грунты
которых по своей сжимаемости значительно отличались друг от друга. Первая
площадка была сложена сильносжимаемыми грунтами, а вторая — малосжимаемыми
грунтами. Основные экспериментальные работы проводились на сильносжимаемых
грунтах. Опытная площадка сложена современными аллювиальными отложениями.
Сверху залегает растительный слой РОЛ щи ной 0,3—0,4 м, ниже — слой супеси
толщиной в 1,7 м, подстилаемый суглинками. Грунтовые воды расположены на
глубине 0,6—0,7 м от дневной поверхности. На этой площадке проводились
испытания с ленточными и прерывистыми фундаментами шириной 40 и 60 см. Длина опытных фундаментов составляла 390 см. Опытные фундаменты устраивались из блоков-подушек
четырех типоразмеров: 40X30; 40X40; 60X30 и 60X40 см. На основе
экспериментальных данных была установлена линейная зависимость приведенной
осадки от расстояния между блоками-подушками прерывистых фундаментов.
Испытания фундаментов с различными типами блоков-подушек позволили
выявить их рациональную форму. Оказалось, что наименьшая величина приведенной
осадки будет у прерывистого фундамента, собранного из блоков-подушек, имеющих
более вытянутую форму.
Экспериментальные работы подтвердили теоретические
исследования и в то же время выявили ряд новых положений. Так, было
установлено, что опытные точки располагаются ниже теоретических. Отсюда
следует, что взаимное влияние блоков-подушек в прерывистом фундаменте меньше,
чем это получается по теоретическим расчетам. Кроме того, полевые
эксперименты подтвердили предположение об уменьшении пластических зон под
подошвой блоков-подушек прерывистых фундаментов: величине участка линейной
зависимости между деформациями в напряжениями (пределу пропорциональности)
при прерывистых фундаментах соответствует большее давление, чем при
ленточных. Для наглядности на 29 приведены зависимости осадок ленточных и
прерывистых фундаментов от давления. Из графика видно, что для ленточного
фундамента предел проп о р ци о н а л ь н ости соответствует давлению
примерно 0,6 кг!см2, а для прерывистых при расстояниях между
блоками-подушками 6, 15 и 30 см — давлениям 0,65, 0,75 и 0,9 кг!см2. Таким образом, при прерывистом фундаменте с расстоянием между блоками-подушками 30 см предел пропорциональности соответствует давлению, в полтора раза большему, чем при ленточном.
Кроме того, эти данные свидетельствуют о влиянии формы
фундамента на величину предела пропорциональности.
Таким образом, несмотря на некоторое увеличение давления
по подошве прерывистых фундаментов, для их расчета мо-
а) изменением распределении нагрузки от фундамента на
основание, в результате чего напряженное состояние в грунте приближается к
пространственному;
Наряду с полевыми исследовательскими работами проводились
наблюдения за осадками зданий. В частности, наблюдения проводились за
пятиэтажным жилым домом (корпус № 17), возводимым ВСУ Москвы. Наружные стены
этого здания несущие, кирпичные, а внутренний каркас — железобетонный. Стены
подвала выполнены из крупных бетонных блоков. Площадка, на которой возводили
здание, сложена мощной толщей песка средней плотности. Уровень грунтовых вод
залегал на значительной глубине от дневной поверхности. Блоки-подушки сборных
фундаментов размером 1,4x2,38 м размещали на расстоянии 40 см друг от друга, с ледовательно, давление по подошве было в 1,15 раз больше, чем при ленточном.
Промежутки между блоками засыпали песком, который тщательно утрамбовывали.
Горизонтальная гидроизоляция по блокам-подушкам и по цементной стяжке поверх
слоя утрамбованного грунта в промежутках между блоками-подушками состояла из
двух слоев руберойда.
Одновременно производили измерения осадок здания со
сплошным ленточным фундаментом шириной 1,4 м. Это здание возводилось на той же площадке, что и первое, и имело такую же конструктивную схему и этажность.
Кроме того, производили наблюдения и за группой
пятиэтажных домов-общежитий,, возводимых Главмосстроем, имеющих такую же
конструктивную схему, что и описанные выше жилые дома. Территория, на которой
возводили дома-общежития, сложена древнеаллювиальными мелкозернистыми
песками. Нормативное давление на грунт основания было принято равным 2,5
кг/см2. Уровень грунтовых вод в момент устройства фундаментов находился
примерно на 30 см выше проектной отметки их подошвы. Стены подвала устраивали
из бетонных блоков. Фундаменты корпусов № 5 и 8 были устроены сплошными
ленточными шириной 1,4 ж, а фундаменты- корпуса № 4 — прерывистыми из
блоков-подушек размером в плане 1,4X2,38 м, уложенных на расстоянии 50 см один от другого. Промежутки между блоками-подушками засыпали песком. Осушение котлована от
грунтовых вод производили открытым водоотливом. В этом случае давление под
подошвой прерывистых фундаментов превышало в среднем давление под подошвой
сплошного ленточного фундамента на 20%.
Наблюдения показали, что осадка зданий на прерывистых
фундаментах при возрастании давления по подошве увеличивается (в
противоположность осадке на сплошных фундаментах) не пропорционально этому
возрастанию, а значительно медленнее. Так, увеличение давления по подошве прерывистого
фундамента дома-общежития в 1,2 раза привело к увеличению осадки всего лишь в
1,1 раза; в корпусе № 17 при увеличении давления в 1,15 раз осадка возросла в
1,09 раза, Таким образом, полученные данные наблюдений за осадками зданий
подтверждают расчетные положения.
|