24.02.2018

Замена ненадежного грунта более надежными материалами


Иногда бывает выгодно вместо того, чтобы увеличивать сопротивление основания, увеличить его площадь, распределив таким образом давление сооружения равномерно на большую поверхность грунта и, следовательно, уменьшив давление на единицу поверхности основания. Этой цели достигают или уширением подошвы фундамента, или устройством песчаных и бетонных искусственных оснований.

а) Песчаные основания.
Если мы, отрыв в слабом грунте котлован ACDВ (фиг. 54), насыплем на дно его слой песку CDEF и поставим на него сооружение R, то давление этого последнего заставит подошву фундамента погрузиться в песок на некоторую глубину Н, которая может быть заранее определена по формула Янковского (3) и (4); если мы засыплем песком или грунтом, полученным от отрывки рвов, всю остальную часть выемки AacF и bBEd, то, при достаточной глубине от поверхности земли до подошвы фундамента, выпирания песка из-под фундамента не произойдет. При полной несжимаемости и подвижности частиц песка передаваемое ему от сооружения давление будет распространяться по некоторым направлениям р, р1, р2, р3, ..., наибольшая часть давления, передаваемого от подошвы фундамента песчаному слою, как показывает опыт, распространяется в пределах между двумя плоскостями сС и dl), проведенными под углом в 45° к горизонту от ребра подошвы фундамента в стороны. Таким образом, с ничтожною для практики погрешностью можно принять, что в песчаном слое все давление от нагрузки передается равномерно вниз, распространяясь в стороны под углом в 45° к вертикали; следовательно, чем толще будет слой песка под фундаментом, тем больше может быть его нижняя ширина и тем на большую площадь грунта (т. е. дна рва) распределится давление сооружения.
Пусть полный вес 1 погонного метра стены с фундаментом и с нагрузкою на нее от полов, потолков, сводов и проч. Q кг, и пусть допускаемая нагрузка на данный грунт R0 кг на 1 кв. см. Чтобы определить нагрузку q на 1 кв. см подошвы фундамента, следует разделить Q на площадь подошвы фундамента, длиною в 1 м, т. е.

q = Q/100j,

где f — ширина подошвы фундамента в сантиметрах.

Если окажется, что q > R0, то необходимо прибегнуть к устройству искусственного основания; если предположено применить песчаное основание, то ширина его по низу CD определяется из пропорции:
Толщина же песчаного слоя h находится из выражения:
следовательно, поставив вместо CD его величину найдем:
Вся же глубина фундаментного рва от горизонта земли H определится в метрах так:
Определив, таким образом, нижнюю ширину и глубину рва, отрывают его, придавая его откосам наименьшее заложение (сообразно с грунтом и глубиною) и устраивают песчаное основание; для этого песок насыпают слоями не толще 0,2 м и уплотняют его поливкою водою из леек с ситами и трамбованием по доске. Когда основание получит требуемую толщину h, приступают к кладке фундамента, но при этом, одновременно с возведением последнего, засыпают слоями, с плотным утрамбованием их, остальную часть фундаментного рва; это необходимо для того, чтобы не произошло выпирания песка из основания при постепенно увеличивающейся нагрузке на него от возводимого сооружения.

Таким образом, устроенное песчаное основание в поперечном разрезе будет всегда иметь вид трапеции, обращенной коротким основанием вниз.

Устройство песчаных искусственных оснований особенно выгодно и тех случаях, когда широкая амплитуда колебаний грунтовых под или низкое их стояние не позволяют прибегнуть к употреблению дерена, а также — если грунт очень неравномерно сжимаем, что вызывает неодинаковую eго осадку под разными частями фундамента; в последнем случае удобоподвижность песка, как сыпучего тела, значительно сглаживает неравномерность осадки грунта и потому способствует равномерности осадки сооружения. Неблагоприятным обстоятельством для устройства искусственных песчаных оснований является присутствие ключевых и жильных вод, могущих его размывать; в последнем случае бывает выгодно или окружить песчаное основание шпунтовым рядом аа (фиг. 55), или прибегнуть к устройству бетонного основания.
б) Бетонные основания. Бетонные основания устраиваются следующим образом: при грунте плывучем, изобилующем водою, особенно жильною или ключевою, открывается котлован или рвы ABCD (фиг. 55) на глубину 1,4—1,8 м или меньше, если грунтовые воды тому препятствуют; по краям дна выемки забиваются шпунтовые ряды mn, m'n' из коротких 5 или 6,3-сантиметровых (2- или 2,5-дюймовых) досок, после чего вынимают землю между этими рядами до уровня EF, на котором должно быть заложено бетонное основание; в
эту выемку кладут бетон слоями, толщиною 0,1—0,2 м, плотно его утрамбовывая. Возможна также работа с жидким бетоном, который просто наливается на дно рва, причем излишняя вода из раствора просачивается прямо в землю. Когда бетонное основание схватится и несколько окрепнет (через 3—5 дней), приступают к кладке на нем фундамента и, по окончании последней, засыпают землею, с плотным утрамбованием ее, остальную часть рвов.
Если грунт не заключает жильных вод и очень плывучих слоев, то рвы можно отрыть на всю глубину до нижней подошвы бетонного основания bd (фиг. 57), которое в таком случае устраивается при помощи переносных щитов ab и Cd, снимаемых и устанавливаемых не другом месте, после того как бетон схватится и несколько окрепнет; эти щиты, ограничивая бетон вертикальными поверхностями, уменьшают необходимое его количество и тем удешевляют сооружение.
Размеры бетонного основания определяются следующим образом: обозначим всю ширину подошвы фундамента dc (фиг, 58 через l и всю ширину подошвы бетонного основания MN через L; пусть основание будет симметрично относительно оси фундамента; тогда

L = MN = Md' + d'с' + c'N = 2i + l,

где Md' = c'N' = i.

Пусть будет:

R0 — предельная нагрузка, допущенная на 1 кв. см поверхности грунта, равная вертикальному снизу вверх наибольшему давлению (отпору) грунта на 1 кв. см подошвы основания,

Q — вес 1 погонною сантиметра степи с фундаментом и с нагрузкою от балок, потолков, сводов и пр.;

d1 — вес 1 куб. см земли,

d — вес 1 куб. см бетона,

h1 — глубина заложения подошвы фундамента в сантиметрах,

h — толщина бетонного основания в сантиметрах.

Рассматривая участок основания и стоящего на нем сооружения длиною в 1 пог. см, получим следующее уравнение, выражающее условие равновесия между нагрузкою и реакциею грунта:
откуда, подставив вместо L его величину 2i+l и раскрыв скобки, найдем величину Z:
В этих выражениях в правой части является неизвестною только величина h; поэтому для нахождения i и L подставляем вместо h приблизительное его значение, определенное графическим приемом (см. фиг. 59).
Толщина бетонного слоя основания может быть определена с достаточным для практики приближением посредством следующего графического приема: вычертив в масштабе фундамент abcd (фиг. 59), находят по формуле (21) полную ширину основания MN и прочерчивают ее; затем задаются коэффициентом прочного сопротивления (предельным допускаемым напряжением) бетона на разрыв n1; при n1 = 2,60 кг, на 1 кв.см, при очень тощем бетоне, из точки d проводят прямую dM2 и из точки с — прямую cN2 с заложением, равным 3/2 высоты; точки M2 и N2 пересечения этих прямых с вертикалями MМ2 и NN2 определяют требуемую толщину основания; эти точки соединяют прямою M2N2, которая и ограничит снизу фигуру бетонного основания. Если бетон средний, то n1 можно принять 5,0 кг на 1 кв. см, и тогда из точек d и с проводят прямые dM1 и cN1 с заложением в 2/1 и соединяют прямою полученные точки M1 и N1. Определенная таким образом толщина основания несколько превышает толщину, определяемую по формуле (22).

Исли бетонное основание устраивается сплошным под всею площадью, занимаемого сооружением, то оно рассчитывается или как балка, лежащая концами на двух опорах А и A1 (фиг. 60) и нагруженная равномерно-распределенным грузом (давлением или отпором грунта снизу вверх), или как упругая пластинка, подпертая но краям.
Когда бетонное основание устраивается на местности, изобилующей ключевыми и жильными водами, или водою, фильтрующеюся снизу вверх под значительным напором (как, например, при устройстве сухих доков), следовательно, когда бетонное основание играет роль грунтовой перемычки, толщина его не делается менее 0,6 м и в него часто закладывается, для увеличения сопротивления на излом, целая система железных балок; состав же бетона в этом случае должен быть жирный, например, 1 часть портланд-цемента, 2—2,5 части песку и 4—5 частей плитного или гранитного щебня.

В тех же случаях, когда бетонное основание не будет подвергаться размыву текучей или напорной воды, состав бетона может быть более тощий, а именно: 1 часть портланд-цемента от 3 до 4 частей песку и от 7 до 8 частей щебня.

Кроме вышеуказанного случая, когда бетонные основания представляют грунтовую перемычку, их полезно применять при слабых, пропитанных водою грунтах, особенно тогда, когда горизонт грунтовых вод не постоянен. Весьма выгодно также бывает устройство таких оснований вместо песчаных тогда, когда обильный приток грунтовых вод затрудняет отрывку слишком глубоких фундаментных рвов; при этом, благодаря меньшей толщине бетонного основания сравнительно с песчаным, часто представляется выгодным употребить на основание вместо дешевого песку более дорогой материал — бетон, вознаградив этот перерасход экономней) на отрывке котлованов и на водоотливе. Впрочем, следует помнить, что при очень неравномерно сжимаемых грунтах песчаные основания представляют важное преимущество перед бетонными — равномерной передачи давления сооружения на грунт вследствие подвижности песка.

в) Железобетонные основания. Железобетон представляет конструктивное сочетание цементного бетона и железной арматуры, в котором оба материала используются для распределения усилий наиболее целесообразно, в зависимости от их механических свойств, а именно бетон воспринимает сжимающие усилия, при допускаемой величине напряжения 30—50 кг на 1 кв. см, железо — растягивающие, с допускаемым напряжением 1000—1200 кг на 1 кв. см. Для указанной цели железо должно быть расположено в достаточном количестве во всех подверженных растяжению частях. Реже оно располагается и в сжимаемых частях, для усиления бетона.

Возможность совместной работы железа и бетона имеет место вследствие наличия силы сцепления между этими материалами и почти одинакового их температурного коэффициента расширения.

Помимо удачного использования механических свойств железа и бетона при их сочетании достигается и улучшение условий для работы железа по сравнению с таковыми при открытом его расположении, а именно: бетой, во - первых, предохраняет железо от нагревания до высоких температур, при которых механические свойства железа резко понижаются, и, во-вторых, предохраняет железо от ржавления.

Железобетон обладает следующими положительными качествами: огнестойкостью, прочностью как при статической, так и динамической нагрузке, долговечностью, быстротой постройки, экономным расходом материалов, способностью принимать любые формы, гигиеничностью и малыми последующими расходами на ремонт.

Для достаточной огнестойкости железобетонных конструкций необходимо, чтобы железо в них было прикрыто слоем бетона в 1—2 см, и только для получения особо высокой огнестойкости требуется увеличение этого слоя до 3—4 см.

Вследствие относительно большей прочности и упругости железобетона по сравнению с чистым бетоном и большему сопротивлению статической и динамической нагрузкам железобетон является одним из наиболее рациональных материалов для возведения зданий в местностях, подверженных землетрясениям.

Быстрота постройки железобетонных зданий значительно превосходит таковую для кирпичных, хотя и умаляется несколько необходимостью приготовления каркаса и выжидания твердения бетона. Последнее неудобство отпадает в случае применения быстротвердеющих цементов или постройки зданий из заранее заготовленных частей.

Возможность лучшего использования механических свойств железа и бетона позволяет ограничиваться меньшим сеченном отдельных частой, что помимо экономии материала дает более полное использование кубатуры здании.

К недостаткам железобетона относятся: значительный расход на подмости и формы; зависимость прочности конструкции от тщательности исполнения работ, что вызывает необходимость в специально подготовленном техническом надзоре и опытных рабочих; необходимость, при обыкновенном цементе, выдерживать в формах железобетон 4—6 недель для достаточного твердения; затруднительность последующих изменений в возведенных сооружениях; сравнительно большая теплопроводность и звукопроводность; возможность появления трещин и отслоений.

Несмотря на указанные недостатки, положительные свойства железобетона настолько велики, что в настоящее время он получил на практике весьма широкое применение.

Тем не менее практика знает не мало случаев разрушения железобетонных конструкций и даже целых зданий, но эти катастрофы ни в коем случае не могут быть отнесены к природе железобетона, а вызваны ошибками, допущенными в проектировании или производстве работ.

Область применения железобетона весьма обширна. В отношении жилых зданий он может найти применение почти в любой части их, за исключением наружных стен но причине большой теплопроводности железобетона, но и там часто применяется железобетонный каркас, как остов зданий, составляющий одно целое с перекрытиями, облицованный кирпичем для уменьшения его теплопроводности и несущий то или иное заполнение и вес перекрытий.
Детальное изложение железобетонных конструкций тесно связано с их расчетом и потому излагается в специальных курсах. Рамки настоящего труда позволяют дать только элементарное понятие о наиболее часто встречающихся конструкциях, которые и приводятся далее в порядке предыдущего рассмотрения основных частей зданий.

Железобетонные основания устраиваются в виде плит с одиночной или двойной арматурой. На (фиг. 60а) показана плита под фундаментом одной стены, армированная в нижней части, а на (фиг. 61а) плита под дне стенки, армированная в консолях снизу, а в средней части сверху, так как здесь появляются растягивающие напряжения.

Для больших зданий применяются или отдельные плиты под колонны и столбы, или общая плита, связывающая в виде ростверка стены и отдельные опоры, или же наконец плита под всю площадь здания, если это требуется свойствами грунта при данной нагрузке.
г) Деревянные основания. Как было уже выше сказано, деревянные основания можно устраивать только тогда, когда они будут постоянно находиться под водою; в противном случае дерева в основания употреблять нельзя, так как оно тогда очень быстро сгнивает и разрушается.

Деревянные основания устраиваются в виде лежней и ростверков.

1) Лежни. Лежни представляют 27—32-сантиметровые (6—7 вершковые) бревна а, а,... (фиг.62), отесанные на два канта, верхний и нижний, и уложенные на дно рва параллельно в 2, 3 или 4 ряда; бревна связываются между собою через каждые 1,5—2 м. шпонками bb из 5-сантиметровых (в 2,5 дюйма) досок шириною в 10—12 см (4—5"); шпонки зарезываются в лежни сковороднем. Расстояние между лежнями — от 0,27 до 0,55 м в свету. По длине бревна сращиваются в прямую накладку, реже — в замок.

В углах здания лежни располагаются, как показано на фиг. 62 (план), сплошными или пунктирными линиями.
Лежни должны быть уложены на дно рва плотно без зазоров; по укладке их промежутки между лежнями плотно затрамбовываются щебнем и иногда сверху заливаются раствором. Работа производится с водоотливом, для чего дну рва дают небольшой уклон в одну сторону, где отрывают колодезь, 0,7 м в квадрате и 0,35 м (1/3 арш.) глубины, из которого воду откачивают насосом или отливают ее недрами.

Лежни вообще представляют конструкцию слабую и не очень надежную в отношении долговечности; однако устройство их может быть с пользою применено в тех случаях, когда на неравномерно-сжимаемом грунте возводятся фундаменты на быстротвердеющих гидравлических растворах; при этом важно бывает достигнуть равномерной осадки вначале, пока кладка фундамента еще не окрепла, для того чтобы вследствие неравномерной осадки не нарушилась связь между камнями свежей кладки; равномерность осадки достаточно обеспечивается лежнями, пока груз не велик, т. е. пока идет кладка самого фундамента и цоколя; к началу же возведения стен кладка фундамента настолько окрепнет, что сама будет представлять достаточное сопротивление расслаивающим напряжениям, являющимся вследствие неравномерной сжимаемости грунта.

Конструкция ростверков несколько солиднее, чем лежней; тем не менее употребление их должно ограничиваться теми же случаями, где могут с пользою применяться и лежни.
2. Ростверк. Ростверк состоит из поперечин а, а, укладываемых под ватерпас по дну фундаментных рвов, перпендикулярно к оси рва, на расстоянии друг от друга 1—1,40 м (фиг. 63) и прогонов b, b, которые кладутся на поперечины в 3—4 ряда на расстоянии друг от друга в 0,20—0,55 м в свету; поперечины и прогоны приготовляются из 27—32-сантиметровых (5—7 вершковых) сосновых бревен, отесанных на два канта; врубки (в 1/4 дерева и меньше) делаются в поперечинах, чтобы не ослаблять прогонов. Пo поперечинам устраивается половой настил f из 6—7,5-сантиметровых (2,5—3-дюймовыми) досок, прибиваемых к прогонам 15-сантиметровыми (6-дюймовыми) брусковыми гвоздями. В углах ростверк соединяется, как показано на плане фиг. 63 (а), и крестовинах (где к продольной стене примыкает поперечная) — как показано на том же чертеже (b).

Перед укладкою по прогонам полового настила промежутки между поперечинами и прогонами плотно затрамбовываются щебнем и, кроме того, могут быть политы раствором. Когда ростверк готов, приступают к бучению на нем фундаментов; остальная часть фундаментных рвов при устройстве лежней и ростверков засыпается землею с плотным ее утрамбованием после окончания кладки фундамента.

К тому, что было раньше сказано относительно условий, при которых возможно и полезно прибегать к устройству деревянных оснований, следует еще прибавить, что при постоянном вздорожании лесного материала в последнее время устройство деревянных оснований представляет все меньшие выводы. К числу же неудобств лежней и ростверков следует отнести также свойство их образовать как бы готовый дренаж почвы под фундаментами, который с одной стороны может вызвать понижение грунтовых вод, с другой же — течение воды вдоль бревен лежней и ростверков, наблюдаемое особенно ясно при отрывке выемок рядом с фундаментами старых зданий; это же последнее может произвести размыв грунта под фундаментом и осадку сооружения.





Яндекс.Метрика