книги / Основания и фундаменты

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве

учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2021

1

УДК 624.15 О-751

Рецензенты: профессор кафедры строительного производства и геотехники, доктор

технических наук, доцент В.Г. Офрихтер (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

кандидат технических наук, заместитель директора А.Л. Новодзинский (ООО «НПФ “Стройэксперт”»)

О-751 Основания и фундаменты : учеб. пособие / А.Б. Пономарев, А.В. Захаров, Д.Г. Золотозубов, С.В. Калошина, Д.А. Татьянников. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2021. – 283 с.

ISBN 978-5-398-02558-3

Рассмотрен ряд вопросов, связанных с выполнением курсового проекта по дисциплине «Основания и фундаменты»: теоретические основы проектирования фунжаментов, порядок проектирования оснований и фундаментов на естественном основании, свайных фундаментов, оформление курсового проекта и его защита. Приведены примеры расчета, справочные и вспомогательные материалы.

Предназначено для студентов ПНИПУ, обучающихся по направлению «Строительство», очной и заочной форм обучения.

2

Раздел II. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

5

Раздел I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Общие положения

Строительство и проектирование любого здания или сооружения начинается с подготовки грунтов основания и устройства фундаментов. В классической инженерной науке приняты следующие определения:

–основанием зданий и сооружений называется массив грунта, находящийся ниже подошвы их фундаментов и воспринимающий нагрузку от фундаментов и надземных конструкций;

–фундамент – часть здания/сооружения, которая служит для передачи нагрузки от сооружения на основание.

Стоимость оснований и фундаментов доходит до 15 % от общей стоимости строительства, а для ряда уникальных зданий

исооружений может доходить до 40 %. От правильно выбранного типа основания и конструкции фундамента, а также от качественного их устройства зависит безопасность зданий и сооружений. Поэтому проектирование оснований и фундаментов представляет собой крайне важную и сложную инженерную задачу.

Основными принципами проектирования оснований являются:

1. Проектирование оснований по предельным состояниям. 2. Учет совместной работы основания, фундаментов и над-

земных несущих конструкций.

3. Комплексная оценка характера работы грунтов основания и выбора типа фундаментов в результате совместного рассмотрения: а) инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; б) чувствительности конструкций сооружений к неравномерным осадкам; в) способа выполнения земляных работ по устройству фундаментов, коммуникаций и подземных частей сооружений (строящихся и соседних) [1].

6

Проектирование оснований и фундаментов зданий и сооружений выполняют в соответствии с основными нормативнотехническими документами – актуализированными редакциями СНиП – СП. Кроме того, часто учитывают требования региональных норм, технических указаний и инструкций, разработанных для региональных инженерно-геологических условий.

Основные идеи проектирования фундаментов, которые отражены в существующей нормативно-технической литературе, базируются на классических технических науках: инженерная геология, сопротивление материалов, теория упругости, строительная механика, механика грунтов, строительные конструкции, технология и организация строительства, экономика. В рамках данного пособия предлагается подробнее остановиться на основной из этих дисциплин – механике грунтов.

1. Напряжения в массиве грунта

1.1. Общие положения

Вопросы определения напряжений в массиве грунта имеют важное значение для оценки прочности и устойчивости грунтов основания, расчета деформации грунтов активной зоны. Кроме того, для расчета конструкций фундаментов зданий и сооружений нужно знать реактивные напряжения, возникающие в контакте фундамента и основания.

Распределение напряжений в грунтовом массиве зависит от многих факторов: инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки, физико-механических свойств грунтов, характера и режима нагружения фундамента, его размеров, формы, жесткости, глубины заложения, времени действия нагрузки и др.

В механике грунтов рассматривают действие сосредоточенной силы, равномерно распределенной или любым образом распределенной нагрузки, приложенной на малой площади к

7

деформируемому полупространству, то есть рассматривают бесконечно распространенный массив грунта, ограниченный сверху горизонтальной плоскостью, к которой приложена внешняя нагрузка (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Схема действия внешней нагрузки на безграничное деформируемое полупространство

( R – радиальные напряжения в отдельных точках)

Для расчета оснований необходимо знать, как распределяются напряжения в массиве грунта. Очевидно, при действии на поверхности местной нагрузки давление от нее передается от одной частицы грунта к другой через контакты между частицами. При этом по мере отдаления от места приложения нагрузки число контактов увеличивается, в работу вовлекается все большее количество частиц, а величина усилий, действующих на отдельные частицы, уменьшается. Происходит рассеивание напряжений qi, действующих между отдельными частицами грун-

та (рис. 1.2).

8

qi

qi

Рис. 1.2. Рассеивание напряжений в массиве грунта qi

Направление усилий, действующих между частицами, зависит от взаиморасположения частиц, нормальных сил к их поверхностям и может не совпадать с направлением основной силы. Состояние равновесия грунтового массива характеризуется двумя основными условиями статики:

где d z, d y – соответственно элементарные вертикальные и горизонтальные составляющие напряжений между частицами.

При изучении вопроса о напряженном состоянии грунта последний рассматривают как сплошную среду, без учета промежутков между частицами. За величину напряжений в грунте принимают суммарную величину реальных сил, отнесенных к единице площади сечения грунтового массива.

Нормальные напряжения, действующие на площадках, перпендикулярных радиусам, называют радиальными напряжениями. Для определения величины напряжений в любой точке грунтового полупространства обычно пользуются математической теорией упругости, то есть рассматривают распределение напряжений в бесконечном, однородном, изотропном, линейно-

9

деформируемом полупространстве, находящемся под действием внешней нагрузки (закон Гука).

Для того чтобы признать возможность приложения теории упругости к расчету грунтовых оснований, необходимо рассмотреть действительную работу грунта под нагрузкой.

О деформациях в грунте

Величина деформаций и ход их развития зависят от рода грунта, величины нагрузки и размеров загруженной площади. Н.М. Герсеванов установил три последовательно протекающие фазы деформаций, представленные графически на рис. 1.3:

1-я фаза – уплотнение грунта, характеризуемое с достаточной степенью точности линейной зависимостью между напряжениями и деформациями;

2-я фаза – возникновение сдвигов, выраженное криволинейной зависимостью между P и s;

3-я фаза – выпирание грунта, сопровождающееся резким погружением штампа в грунт и представляющее собой разрушение основания.

P, кПа

1

2

3

s, мм

Рис. 1.3. Фазы деформации грунта: 1 – фаза уплотнения; 2 – фаза сдвигов; 3 – фаза выпирания

10