Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник, страница 2

1.ВВЕДЕНИЕ

1.1.  Общие сведения о фундаментах

Любое сооружение опирается на верхние слои горных пород земной коры. Все горные породы в совокупности называют в этом случае грунтами. Грунты, непосредственно воспринимающие нагрузку от сооружения и деформирующиеся под ее воздействием, называют основанием сооружения. Основания могут быть естественными и искусственными. Искусственные основания – это такие основания, когда свойства грунтов искусственно улучшают (например, уплотнением, цементацией, силикатизацией и т.д.).

Из механики грунтов известно, что грунты под действием нагрузки от сооружения деформируются и эти деформации будут тем больше, чем выше в грунте напряжения. Деформации грунта вызывают осадку сооружения и эти деформации будут тем больше, чем выше в грунте напряжения. Напряжения не должны быть более предельных, чтобы не создавать опасности для сооружения и устойчивости основания. Становится очевидным, что необходимо сооружение запроектировать так, чтобы в грунтах не возникали недопустимые напряжения. Чтобы передать и распределить заданную нагрузку от сооружения на основание, между основанием и сооружением вводят специальную заглубленную в грунт конструкцию, которую называют фундаментом (рис. 1.1).

Чтобы обеспечить устойчивость сооружения, фундаменты располагают на прочных грунтах. От глубины залегания прочных грунтов зависят типы фундаментов, условия их работы в грунте, его конструкция и способ возведения.

Типы фундаментов. Фундаменты можно разделять по различным признакам, по: виду материалов; условиям изготовления; глубине заложения; форме; характеру работы под нагрузкой и другим признакам.

По материалу фундаменты бывают деревянные, каменные, бетонные, железобетонные, металлические.

По условиям изготовления фундаменты различают: монолитные, возводятся непосредственно в котловане; сборные, которые изготавливаются заранее на заводе.

По глубине заложения фундаменты условно разделяют на две основные группы – мелкого и глубокого заложения.

Если подошва фундамента расположена на глубине 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы не превышает 1.5…2, то такой фундамент называют фундаментом мелкого заложения и возводят в отрытом котловане.

Если подошва фундамента расположена на глубине более 5-6 м и отношение этой глубины к ширине подошвы превышает 1.5…2, то такой фундамент называют фундаментом глубокого заложения. Такие фундаменты подразделяются на свайные, опускные колодцы и кессонные.

По конструктивной форме фундаменты подразделяют: отдельные, ленточные, сплошные, массивные, смешанные и свайные (рис.1.2).

Отдельно стоящие - устраивают под колонны, опоры и устои мостов, гидросооружений, под оборудования. Ленточные - выполняют в виде непрерывных параллельных или перекрестных лент под всеми протяженными несущими конструкциями – стенами зданий, под подпорными стенами и другими аналогичными сооружениями большой протяженности. Сплошные -располагают под всей площадью сооружения в виде плиты. Массивные – устраивают под отдельно стоящие тяжело нагруженные опоры или сооружения.   Смешанные – представляют собой сочетание ленточного или сплошного со столбчатым. Свайные – состоят из одиночных свай, куста или рядов свай, объединенных поверху плитой, которая воспринимает нагрузку от сооружения.

По характеру работы под нагрузкой различают жесткие и гибкие фундаменты. Жесткие фундаменты выполняются из бетона. Угол развития таких фундаментов не превышает предельного угла развития напряжений в бетоне. Эти фундаменты работают в основном на сжатие, растягивающие напряжения либо отсутствуют, либо они небольшие.

При слабых грунтах бывает необходимость значительно развивать площадь подошвы фундамента. Тогда они становятся гибкими, работают на изгиб и их надо армировать.

1.2. Краткие исторические сведения развития фундаментостроения

За много веков до нашей эры строились города, гавани, крепости, культовые сооружения, при этом требовалось умение правильно выбрать в качестве оснований надежные и прочные грунты, особенно при возведении тяжелых и толстых стен. Рассматривая огромный период строительства прошлого, надо отметить, что, уже начиная с древних времен, вопросам устойчивости фундаментов и выбору для них в качестве основания прочных грунтов всегда предавалось большое значение.

С течением времени накапливался опыт строительства в различных грунтовых условиях. В старинных книгах и рукописных трудах по строительному делу отмечаются лишь практические рекомендации, относящиеся к области фундаментостроения, которые были выработаны на основе многолетнего опыта. Вопросы же теоретического характера тогда не освещались, так как они еще небыли разработаны.

К первым во времени важным теоретическим исследованиям механики грунтов и фундаментостроения следует отнести работу французского ученого Ш. О. Кулона о давлении грунтов на подпорные стенки.

Книга проф. В.М. Карловича «Основания и фундаменты», посвященная только вопросам фундаментостроения, была издана в Петербурге в1869 г. Это учебное пособие стало первым ученым трактатом в области данной специальности не только в нашей стране, но и за рубежом. В этой книге проф. В.М. Карлович указывает на необходимость изучения сжимаемости грунтов и обращает внимание на возрастание осадок во времени сооружений на глинистых грунтах.

После книги В.М. Карловича долгое время не было специальных книг, и вопросы фундаментостроения по-прежнему рассматривались в общих трактатах по строительному делу. Только в 1894 г. был напечатан «Краткий курс оснований и фундаментов» проф. В.И. Курдюмовым. Перед написанием этого учебника автор провел и опубликовал выдающиеся опыты, вскрывшие природу и механизм образования осадок и деформаций в песке. Эти опыты открыли новую страницу в методике изучения поведения грунтов под нагрузкой и вполне справедливо следует причислить их к истокам механики грунтов.