Основания и фундаменты: вопросы и ответы


Н. С. Соколов










    ОСНОВАНИЯ
    И ФУНДАМЕНТЫ


Вопросы и ответы




3-е издание, исправленное и дополненное


Рекомендовано Федеральным учебно-методическим объединением в системе высшего образования по укрупненной группе специальностей и направлений подготовки «Техника и технологии строительства» Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов образовательных организаций высшего образования, обучающихся по направлениям подготовки (специальностям): 08.03.01 «Строительство» - уровень высшего образования - бакалавриат -(направленность «Промышленное и гражданское строительство»);
08.04.01 «Строительство» - уровень высшего образования - магистратура -(направленность «Промышленное и гражданское строительство: технология и организация строительства»); 08.05.01 «Строительство» - уровень высшего образования - специалитет (направленность «Строительство высотных и большепролетных зданий и сооружений»)











Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 624.15
ББК 38.58
     С59




Рецензенты:
кандидат технических наук, заведующий лабораторией
№ 38 НИИ оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова
(г. Москва) С. А. Рытое;
кандидат технических наук, доцент кафедры строительных конструкций и водоснабжения Поволжского государственного технологического университета (г. Йошкар-Ола)
В. Е. Глушкое





    Соколов, Н. С.
С59       Основания и фундаменты: вопросы и ответы : учебное пособие /
      Н. С. Соколов. - 3-е изд., испр. и доп. - Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2022. - 492 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0882-0

      Рассматриваются вопросы проектирования сооружений, планирования объема, конструкции проектируемого объекта, используемых материалов. Приводятся определения грунтов и их нормативные физико-механические свойства. Освещены вопросы выбора типов, размеров фундаментов, расчета осадок фундаментов различными методами. Дано сравнение вариантов фундаментов, приведены расчеты оснований по деформациям. Включены вопросы проектирования оснований и фундаментов в открытых котлованах, свайных фундаментов.
      Для студентов и аспирантов строительных вузов. Может быть полезно инженерам-строителям.

УДК 624.15
ББК 38.58





ISBN 978-5-9729-0882-0

     © Соколов Н. С., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

ПРЕДИСЛОВИЕ


   Любое здание и сооружение строится на грунтовом основании, возводится из грунта как строительного материала или располагается в толще грунта. Прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация сооружения определяется не только его конструктивными особенностями, но и свойствами грунта, условиями взаимодействия сооружения и основания.
   Стоимость фундаментов составляет в среднем 12,0 % стоимости сооружений, трудозатраты нередко достигают 15,0 % и более общих затрат труда, а продолжительность работ по возведению фундаментов доходит до 20,0 % срока строительства сооружения. В сложных грунтовых условиях эти показатели существенно увеличиваются. Следовательно, совершенствование проектных и технологических решений в области фундаментостроения приведет к значительной экономии материальных и трудовых ресурсов, сокращению сроков строительства зданий и сооружений.
   В проектировании фундаментов принимают участие 10-15 тыс. специалистов, а с учетом многопрофильности труда проектировщика - значительно больше. Десятки тысяч инженеров заняты в инженерных изысканиях для строительства, на работах, связанных с подготовкой оснований, строительством фундаментов, подземных и заглубленных сооружений. Наконец, каждый инженер-строитель независимо от профиля его деятельности должен отчетливо представлять себе взаимосвязь сооружений и оснований, уметь надежно оценивать их взаимное влияние друг на друга.
   Важность изучения проблем фундаментостроения при подготовке инженеров-строителей очевидна. В связи со значительным сокращением объема аудиторных лекционных занятий часть учебного материала передана на самостоятельное изучение студентами, поэтому возникла необходимость в издании учебной литературы, способствующей изучению и освоению дисциплины во внеаудиторных условиях.
   В учебном пособии содержатся вопросы проектирования сооружения, планирования объема, конструкции проектируемого объекта, используемых материалов; приводятся определения грунтов и их нормативные физикомеханические свойства; рассматриваются вопросы выбора типов, размеров фундаментов; расчет осадок фундаментов различными методами, расчет и проектирование подпорных стен и специальных разделов фундаментостроения и др.
   Диалоговая форма изложения материала, состоящая из конкретных вопросов и кратких ответов, а также таблицы и формулы облегчат студентам строительных специальностей усвоение дисциплины.
   Целями освоения дисциплины «Основания и Фундаменты» являются:
    1.     Общевоспитательная и развивающая подготовка бакалавра, заключающаяся в формировании мировоззрения и развитии у него инженерного мышления.
    2.     Практическая подготовка бакалавра обладающего профессиональными знаниями и умениями в области проектирования зданий, умеющего применять

3

эффективные конструктивные и технологические решения при проектировании и возведении зданий.
    Задачи дисциплины:
    1.      Выработка навыков оценки инженерно-геологических условий строительных площадок, в том числе с учетом особенностей грунтов (наличие слабых и просадочных грунтов).
    2.      Обучение навыкам проектирования, возведения и эксплуатации оснований и фундаментов зданий и сооружений.
    3.      Обучение методам обследования оснований и фундаментов эксплуатируемых зданий и сооружений, а также методам усиления и реконструкции фундаментов.
    Требования к входным знаниям, умениям и готовности студента, необходимым при освоении данной дисциплины должны быть следующие, перечисленное ниже.
    Студент должен
    1. Знать:
    -  фундаментальные основы высшей математики;
    -  современные средства вычислительной техники;
    -  основы инженерной геологии;
    -  основы механики грунтов;
    -  основы технологии строительных процессов.

    2.  Уметь:
    -  применять основные закономерности механики грунтов;
    -      в зависимости от функционального назначения зданий и сооружений, их объемно-планировочного решения, представлять схему передачи нагрузок от несущих конструкций на фундамент.

    3. Владеть:
    -  терминологией изученных ранее технических дисциплин;
    -      методами проведения лабораторных измерений и статистической обработкой результатов.
     В процессе освоения данной дисциплины, обучающиеся формируют следующие компетенции и демонстрирует соответствующие им результаты обучения:
     А. В изыскательской и проектно-конструкторской деятельности:
     1.       Знание нормативной базы в области инженерных изысканий, принципов проектирования зданий, сооружений, инженерных систем и оборудования, планировки и застройки населенных мест (ПК-1).
    2.      Способность проводить предварительное технико-экономическое обоснование проектных решений, разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструкторские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов и технической документации заданию, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам (ПК-3).

4

    Б. В производственно-технологической и производственно-управленческой деятельности:
    Способность участвовать в проектировании и изыскании объектов профессиональной деятельности (ПК-4).
    В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:
    1. Знать:
    31      - основные нормативные документы по проектированию фундаментов на естественном основании и фундаментов глубокого заложения, в том числе в особых условиях;
    32      - понятия: предельные состояния оснований и сооружений; связь конструктивных и расчетных схем;
    33      - закономерности и правила, положенные в основу расчетов и проектирования оснований и фундаментов по предельным состояниям.

    2. Уметь:
    У  1 - анализировать результаты инженерно-геологических изысканий;
    У       2 - разрабатывать проектную и рабочую техническую документацию, оформлять законченные проектно-конструк-торские работы, контролировать соответствие разрабатываемых проектов и технической документации заданию, стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам;
    У       3 - выполнять расчеты по I и II группам предельных состояний фундаментов на естественном основании и свайных фундаментов.

    3. Владеть навыками:
    Н1 - основных современных методов постановки, исследования и решения в области инженерных изысканий;
    Н2 - проведения предварительного технико-экономического обоснования проектных решений;
    Н3 - сбора нагрузок на фундаменты, выбора глубины заложения; определения расчетного сопротивления основания и размеров подошвы фундаментов мелкого заложения; расчета осадки методом послойного суммирования; проверки слабых подстилающих слоев; расчетного определения несущей способности свай; расчета осадки одиночных свай, группы свай; расчета подпорных стен; конструирования фундаментов на естественном основании и свайных фундаментов.
    Автор благодарен старшему преподавателю кафедры строительных технологий, геотехники и экономики строительства Чувашского государственного университета им. И. Н. Ульянова Викторовой Светлане Станиславовне.

5

Тема 1


ПОДГОТОВКА К ПРОЕКТИРОВАНИЮ СООРУЖЕНИЯ

   Вопрос: Можете привести термины и определения в геотехническом строительстве?

   Ответ: Ниже в таблице 1.1 приведены термины и определения в геотехническом строительстве.


Таблица 1.1

Основные термины и определения

 №     Наименование                    Описание термина               
п/п       термина                                                     
                        Контроль лица, осуществившего подготовку про- 
                        ектной документации, за соблюдением в процессе
1    Авторский надзор   строительства требований проектной документа- 
                        ции и подготовленной на ее основе рабочей до- 
                        кументации                                    
                        Композитный материал, состоящий из насыпного  
2   Армированный грунт  грунта и армирующих его более прочных элемен- 
                        тов                                           
3      Армированный     Естественный грунтовый массив, усиленный ар-  
       массив грунта    мирующими элементами                          
                        Эффект, возникающий вследствие полного или    
                        частичного перекрытия водоносного горизонта   
4    Барражный эффект   подземным сооружением или его частью, прояв-  
                        ляется в подъеме уровня подземных вод перед   
                        преградой фильтрационному потоку и его сниже- 
                        нии за ней                                    
                        Несущий элемент железобетонного фундамента    
5         Баретта       глубокого заложения, выполняемого способом    
                        «стена в грунте»                              
                        Способ бурения скважины, при котором разру-   
6   Бурение с продувкой шенная порода из забоя выносится на поверх-   
                        ность сжатым воздухом                         
                        Способ бурения скважины, при котором разру-   
7   Бурение с промывкой шенная порода из забоя вымывается на поверх-  
                        ность гидравлическим способом                 

6

Продолжение таблицы 1.1

 №     Наименование                    Описание термина                
п/п      термина                                                       
                       Конструкция бурового инструмента, состоящая     
 8    Буросмеситель    из режущих лопастей для разрыхления грунта и    
                       его смешивания с цементным раствором, посту-    
                       пающим через отверстия в лопастях               
       Вертикальные    Деформации земной поверхности в вертикальной    
 9  деформации земной  плоскости, вызванные неравномерностью верти-    
       поверхности     кальных перемещений                             
                       Проверка, подтверждение правильности каких-     
                       либо положений, расчетных алгоритмов, про-      
10     Верификация     грамм и процедур путем их сопоставления с       
                       опытными (эталонными или эмпирическими)         
                       данными, алгоритмами и результатами             
       Вертикально     Метод укладки бетона в траншею или скважину с   
11  перемещаемая труба применением бетонолитной вертикально пере-      
           ВПТ         мещаемой трубы                                  
         Водоупор      Слабопроницаемый слой грунта, фильтрацией       
12  (водоупорный слой  воды через который можно пренебречь             
         грунта)                                                       
13   Временный анкер   Грунтовый анкер с расчетным сроком эксплуата-   
                       ции не более двух лет                           
                       Подъем (с помощью домкратов или других при-     
       Выравнивание    способлений) или опускание (путем выбуривания   
14      сооружения     грунта и т. п.) сооружения или отдельных его ча-
                       стей при неравномерных деформациях, превы-      
                       шающих предельные                               
15   Высотные здания   Здания высотой более 75,0 м                     
     Выход глинистого  Объем раствора с заданной эффективной вязко-    
16       раствора      стью, получаемый из одной тонны глинистого      
                       порошка                                         
                       Конструкция из ряда инъекторов, расположенная   
                       между объектом геотехнических работ и суще-     
17    Геотехнический   ствующими защищаемыми объектами в верти-        
          барьер       кальной, горизонтальной или наклонной плоско-   
                       стях, для выполнения работ по компенсационно-   
                       му нагнетанию                                   

7

Продолжение таблицы 1.1

 №   Наименование                                                  
п/п    термина                     Описание термина                
                   Комплекс работ, основанный на натурных          
                   наблюдениях за поведением конструкций вновь     
                   возводимого или реконструируемого сооружения,   
                   его основания, в том числе грунтового массива,  
18  Геотехнический окружающего (вмещающего) сооружение, и кон-     
      мониторинг   струкций сооружений окружающей застройки.       
                   Геотехнический мониторинг осуществляется в      
                   период строительства и на начальном этапе       
                   эксплуатации вновь возводимых или реконструи-   
                   руемых объектов                                 
                   Создание искусственного основания фундамента    
19    Геомассив    путем инъекции твердеющих растворов в режиме    
                   гидроразрыва                                    
                   Геотекстильные материалы в виде рулонов, меш-   
20   Геосинтетика  ков, георешеток, арматурных стержней, изготов-  
                   ляемых на основе стекловолокна, синтетического, 
                   базальтового или углеродного волокна            
                   Комплекс работ аналитического и расчетного ха-  
                   рактера, цель которых - качественная и количе-  
21  Геотехнический ственная оценка поведения оснований, фунда-     
       прогноз     ментов и конструкций проектируемого сооруже-    
                   ния и окружающей застройки в процессе строи-    
                   тельства и в начальный период эксплуатации      
                   Сплошная или прерывистая линейная конструк-     
                   ция, которая устраивается в грунтах из различных
                   материалов и по различным технологиям и поз-    
                   воляет отделить или ограничить область грунто-  
    Геотехнический вого массива, в котором возникают изменения его 
22      экран      напряженно-деформированного состояния от        
                   строительства новых заглубленных или подзем-    
                   ных сооружений, от области грунтового массива,  
                   вмещающего конструкции фундаментов окружа-      
                   ющей застройки (в том числе подземные комму-    
                   никации)                                        
                   Категория сложности объекта строительства с     
    Геотехническая точки зрения проектирования оснований и фун-    
23    категория    даментов, определяемая в зависимости от уровня  
                   ответственности и сложности инженерно-          
                   геологических условий площадки строительства    

8

Продолжение таблицы 1.1

 №    Наименование                                                    
п/п      термина                      Описание термина                
24     Гидроразрыв    Образование трещин в массиве грунта при инъ-    
                      екции растворов                                 
                      Максимальная глубина выработки грунтового       
                      массива, определяемая наибольшей разностью      
25  Глубина котлована высотных отметок по контуру котлована в уровне  
                      поверхности рельефа и в уровне его дна, включая 
                      глубину подготовительного (пионерного) котло-   
                      вана                                            
26  Глубина скважины  Проекция длины на вертикальную ось              
                      Горизонтальные составляющие деформаций ос-      
                      нования, связанные с действием горизонтальных   
     Горизонтальные   нагрузок на основание (фундаменты распорных     
27     перемещения    систем, подпорные стены и т. д.) или со значи-  
                      тельными вертикальными перемещениями по-        
                      верхности при оседаниях, просадках грунтов от   
                      собственного веса и т. п.                       
                      Геотехническая конструкция, предназначенная     
                      для передачи осевых выдергивающих нагрузок от   
28   Грунтовый анкер  закрепляемой конструкции на несущие слои        
                      грунта только в пределах корневой части своей   
                      длины и состоящая из трех частей: оголовка, тяги
                      анкера и корня                                  
                      Геотехническая конструкция для обеспечения      
29  Грунтовые нагели  устойчивости откосов и склонов, устраиваемая    
                      горизонтально или наклонно без дополнительно-   
                      го натяжения                                    
                      Объем грунта, закрепленного цементным вяжу-     
30   Грунтоцементный  щим по струйной или буросмесительной техноло-   
         элемент      гии с приданием ему повышенной прочности и      
                      пониженной водопроницаемости                    
31   Длина скважины   Расстояние от устья до забоя по оси скважины    
                      Вертикальная деформация слоя грунта, залегаю-   
                      щего ниже просадочной толщи, происходящая от:   
     Дополнительная   равномерно распределенной нагрузки от здания    
32       осадка       или сооружения (включая нагрузки на полы по     
      подстилающего   грунту); повышения собственного веса просадоч-  
          слоя        ного грунта при повышении его плотности, влаж-  
                      ности; выполнения свай, устройства планировоч-  
                      ной насыпи и т. п.                              

9

Продолжение таблицы 1.1

 №     Наименование                                                    
п/п       термина                      Описание термина                
        Допустимые      Деформации, способные вызвать повреждения в    
        деформации      сооружениях, при которых для дальнейшей экс-   
33       основания      плуатации их по прямому назначению достаточно  
        сооружений      проведения текущих наладочных и ремонтных      
                        работ                                          
34    Забой скважины    Низ (дно) скважины                             
                        Комплекс организационно-технических меропри-   
         Защитные       ятий по защите окружающей застройки от сверх-  
35      мероприятия     нормативных деформаций и прочих недопусти-     
                        мых воздействий, оказываемых негативным вли-   
                        янием строительства или реконструкции          
                        Улучшение механических и физических свойств    
36  Закрепление грунта  грунта путем введения в грунт твердеющих рас-  
                        творов в режиме пропитки или перемешивания     
                        Инъекция цементного раствора в грунт по ман-   
37    Заполнительная    жетной технологии в целях заполнения пор и     
        цементация      возможных полостей в грунте (подготовка грун-  
                        тового массива к компенсационному нагнетанию)  
                        Фрагмент траншеи, разрабатываемый для после-   
38   Захватка траншеи   дующего бетонирования или заполнения сборны-   
                        ми элементами с омоноличиваиием                
    Зона влияния нового Расстояние, за пределами которого негативное   
39     строительства    воздействие на окружающую застройку прене-     
     или реконструкции  брежимо мало                                   
                        Ограниченный интервал в скважине, через кото-  
40     Зона инъекции    рый производится нагнетание раствора (воды) в  
                        грунт                                          
                        Грунтовый анкер (временный), конструкция ко-   
41  Извлекаемый анкер   торого позволяет извлечь его тягу полностью или
                        частично                                       
                        Совокупность информации о пространственном     
                        положении, характеристиках объектов местности, 
    Инженерная цифровая связях между ними и топографической поверхно-  
42        модель        сти, представленная в векторно-топологической  
      местности; ИЦММ   форме, доступной для обработки на ЭВМ. Вклю-   
                        чает два основных компонента - цифровую мо-    
                        дель рельефа и цифровую модель ситуации        

10