АННОТАЦИЯ
Целью работы является сравнительный анализ результатов расчета несущей способности по грунту щелевых и свайных фундаментов. Предметом исследования являлась несущая способность по грунту щелевых и свайных фундаментов. Материалы и методы: описательный, анализ, математический. Выполнен сравнительный анализ расчета несущей способности по грунту щелевых и свайных фундаментов, выявлена разница полученных значений несущей способности по грунту щелевых и свайных фундаментов. Результаты сравнения несущей способности по грунту щелевых и свайных фундаментов показали, что несущая способность по грунту щелевого фундамента превышает 10 раз несущую способность по грунту свайного фундамента при расчете в глинистых грунтах и превышает 9 раз в песчаных грунтах. Учитывая, что проектирование щелевых фундаментов дешевле и проще, чем свайных, рациональнее всего было бы использовать данный тип фундаментов.
ВВЕДЕНИЕ
Внедрение облегченных фундаментов является одним из перспективных вариантов существенно уменьшить материалоемкости строительного процесса. Одной из разновидностей таких фундаментов являются щелевые. Однако данный вариант недостаточно распространен в употреблении [1].
Щелевые фундаменты прошли многолетние успешные испытания в условиях городов Новосибирской области при возведении одно- и двухэтажных жилых зданий, в Экибастузе - при строительстве одно- и двухэтажных коттеджей, в Караганде - при строительстве пяти- и семиэтажного жилого панельного дома. Область применения щелевых фундаментов ограничивается естественными основаниями жилых и общественных зданий в бесподвальном варианте при расположении инженерных коммуникаций в техническом подполье. Наиболее эффективно стало применение щелевого фундамента в прочно- структурных маловлажных глинистых грунтах, однако, данные фундаменты подходят и для территорий с неравномерным залеганием скальных грунтов с интенсивно протекающими процессами выветривания [1].
В связи с тем, что щелевые фундаменты не получили должной известности, их возможные улучшения не были рассмотрены должным образом. Хотя один колоссальный шаг они все же сделали. Способ «стена в грунте» изначально был задуман как метод возведения глубоких стен подземной части сооружения и противофильтрационная завеса, но со временем стал рассматриваться как щелевой фундамент. В данное время «стена в грунте» является одним из надежных и практичных вариантов щелевого фундамента. Основной нерешенной проблемой щелевых фундаментов остается укрепление верхней части траншеи, так как практика показала, что технология возведения воротника способом «стена в грунте» является неэффективным для щелевых фундаментов, а так же сильно повышает трудозатраты. Однако Уральский политехничесий институт совместно с НИИ оснований предложили и опробовали технологию возведения инвентарного воротника, позволившего существенно упростить возведение щелевого фундамента [2].
Щелевые фундаменты могут подразделяться по способу изготовления, по способу разработки траншеи, по способу размещения, по способу армирования, по количеству щелей фундамента и по форме поперечного сечения щелей (табл. 1) [3, 4, 5].
Табл. 1. Классификация щелевых фундаментов
Классификационный признакОписаниеПо способу изготовления
монолитные (возможно с участием пустотообразователей),
сборные.
По способу размещения
одиночные,
ленточные(сплошные, прерывистые,
прерывистые с монолитным железобетонным поясом ).
По способу армирования
с опирающимся или встроенным армированным подколонником;
с конструкционной арматурой в крестообразных фундаментах;
с удлиненной арматурой в теле фундаментов.
По количеству щелейодиночные, двухщелевые, трехщелевые.По способу разработки траншеипрямоугольный, прямоугольный с усеченными краями, параболический.По форме поперечного сеченияпрямоугольное, крестообразное, прямоугольное сдвоенное, двутавровое, коробчатое
При изучении щелевых фундаментов важно отметить их схожесть по характеру работы со свайными фундаментами. Так же стоит отметить, что щелевые фундаменты, как и большинство свайных фундаментов, создают по индивидуальным проектам. При этом состав инженерно- геодезических работ для щелевых фундаментов определяется требованиями, предъявляемыми к свайным фундаментам [5].
Исходя из вышеизложенного, в данной работе будет произведено сравнение щелевых фундаментов со свайными фундаментами.
Основной принцип работы щелевых фундаментов заключается в концентрации напряжений под стенками, что позволяет передавать на основание значительные нагрузки, при условии, что они не превышают прочности грунта, а также за счет работы сил трения вдоль стенок фундамента значительно снижает осадки здания [6].
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Исходные данные для расчета:
Здание без подвала. Расчетная нагрузка N на стену протяженностью 3 метра равна 400 кН. Под стеной расположен ростверк с консольной частью ак=0,5м.
Щелевой фундамент с шириной щели 400 мм протяженностью 3м. (Рис. 1.а.) Набивной свайный фундамент с квадратным сечением 400*400мм. (Рис. 1.б.)
Рис.1. Схема к определению несущей способности фундаментов по грунту: а) щелевой фундамент; б) свайный фундамент.
Этап 1. Фундамент расположение в однородном грунте: в твердом суглинке IL=0,5. Глубина заложение фундаментов 6м.
Для определения несущей способности по грунту Fd воспользуемся формулой одинаково подходящей как для свайных, так и для щелевых фундаментов [7].
Fd = g с (g CR × R × A + åg cf × fi × hi ) (1)
Расчетное сопротивление R под нижним концом сваи и щелевого фундамента на глубине 6 м. составляет 2850кПа.
Сопротивление грунта fi по боковой поверхности:
z1 = 1,5 - f1=14,5; z2 = 2,5 – f2=18,5; z3 = 3,5 – f3=21; z4 = 4,5 – f4=23; z5 = 5,5 – f5=24,5.
Из полученных значений получаем:
Для щелевого фундамента Fd =1×[2850 × 1,2 +6,8 ×1(14,5 ×1 +18,5×1
+ 21×1+ 23×1+24,5×1)] = =4110,2 кН .
Для одиночной сваи Fd =1×[2850×0,09 +1,2 ×1(14,5×1 +18,5×1 + 21×1+ 23×1+24,5×1)] = 378,3 кН.
Расчетная нагрузка составит:
Для щелевого фундамента: PЩ= 𝐹𝑑/g𝑘 =4110/1,4=2936кН, для сваи: Pcb=378,3/1,4=270кН,
где g𝑘- коэффициент надежности по грунту.
В данном случае g𝑘 =1.4 так как Fd определена расчетом с использованием табличных значений R и f.
Необходимое число свай n на один погонный метр длины ленточного фундамента определяется по формуле: n=N/Pcв,
n= 400/270 = 1,48 сваи/п.м.
Расстояние между сваями:
а= 1п.м./ 1,48 = 0,67м. В данных условиях использование свай однорядного расположения крайне нерационально. Дальнейшее сравнение не имеет смысла.
Этап 2. Фундамент расположен в однородном грунте: в песке средней крупности. Глубина заложение фундаментов 11 м.
Расчетное сопротивление R под нижним концом сваи и щелевого фундамента на глубине z = 11 м составляет R = 4080 кПа.
Сопротивление грунта fi по боковой поверхности:
z1 = 1,5 - f1=38,5; z2 = 2,5 – f2=45; z3 = 3,5 – f3=50,5; z4 = 4,5 – f4=54,5; z5 = 5,5 – f5=57; z6 = 6,5 – f6=59; z7 = 7,5 – f7=61; z8 = 8,5 – f8=63; z9 = 9,5 – f9=64; z10 = 10,5 – f6=65,7.
Из полученных значений получаем:
Для щелевого фундамента Fd =1×[4080 × 1,2 +6,8 ×1(38,5 ×1 +45×1 +
50,5×1+54,5×1+57×1+59×1+ +61×1+ 63×1+64×1+65,7×1)] = 8691,8 кН.
Для одиночной сваи Fd =1×[4080 × 0,09 +1,2 ×1(38,5 ×1 +45×1 +
50,5×1+54,5×1+57×1+59×1+61×1+ +63×1+64×1+65,7×1)] = 1037 кН.
Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:
Для щелевого фундамента: PЩ= 8691,181,4=6208кН, для сваи:
Pcb=1037/1,4 =740кН
n= 400/740 = 0,54 сваи/п.м.
Расстояние между сваями:
а= 1 п.м./0,54 = 1,85м.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис.2. Графики расчетных нагрузок для щелевых и свайных фундаментов: а) в глинистых грунтах, глубина заложения 6 м; б) в песчаных грунтах, глубина заложения 11м.
ВЫВОДЫ
- Несущая способность по грунту щелевого фундамента превышает 10 раз несущую способность по грунту свайного фундамента при расчете в глинистых грунтах.
- Несущая способность по грунту щелевого фундамента превышает 9 раз несущую способность по грунту свайного фундамента при расчете в песчаных грунтах.
- Так как протяженность стены не слишком большая, можно предположить, что даже при правильно спроектированном свайном фундаменте, он будет минимум в 2 раза уступать по несущей способности щелевому фундаменту.
- Учитывая, что проектирование щелевых фундаментов дешевле и проще, чем свайных, рациональнее всего было бы использовать данный тип фундаментов. Однако, эти вопросы остаются нераскрытыми сполна, что требует их дальнейшего развития.
- Не в каждых инженерно-геологических условиях возможно произвести расчет сопротивления грунта под подошвой и по боковым стенкам, так чтобы наиболее точно определить реальную несущую способность фундамента. Особенно для таких малоизученных фундаментов, как щелевые.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
- Платонова С. В. Облегченные фундаменты для малоэтажного жилищного строительства //Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2013. – №. 2 (4).
- Платонова С. В. Напряженное состояние нелинейно деформируемого основания щелевидных ленточных фундаментов при различном их заглублении //Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2007. – №. 11. – С. 4-8.
- Павлов В. В. Щелевые фундаменты //ВВ Павлов. − Красноярск: Стройиздат, 1992.− 139с. –
- Платонова С. В. Экспериментальное исследование напряженного состояния грунтового основания под подошвой ленточных щелевидных фундаментов //И 33 Инновационное будущее технических науК: сборник. – 2015. – С.
- Крутов В. И., Сорочан Е. А., Ковалев В. А. Фундаменты мелкого заложения. –
- Сорочан Е. А., Ревазишвили Р. Г. Исследование работы щелевых фундаментов //Основания, фундаменты и механика грунтов. – – №. 5. – С. 12.
- Свод правил: СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты.