Зоценко Н.Л. Инженерная геология. Механика грунтов, основания и фундаменты

Подождите немного. Документ загружается.

540

якості відбувається під впливом нерівномір-

ного осідання будови, динамічних дій на си-

стему СФО, зволоження, висушування, пе-

ріодичного проморожування і відтавання, дії

солей і кислот, корозії металу, неоднорідно-

сті матеріалу фундаментів і підвищення на-

пруг на контакті фундаментів із ґрунтом,

гниття деревини тощо. Кожен із цих проце-

сів призводить до зменшення міцності мате-

ріалу та експлуатаційних властивостей фун-

даментів.

Графік зростання фізичного зносу фу-

ндаментів із часом їх експлуатації наведено на рис. 19.4. Аналіз матеріалів об-

стеження фундаментів більше ніж 800 будинків у Москві показав, що знос фун-

даментів проходить інтенсивно у перший період експлуатації (20-30 років) і по-

тім після 90-100 років служби будинку.

Фізичний знос конструкцій фундаментів визначають відповідно до ВСН

53-86 (“Правила оценки физического износа жилых зданий”) за формулою

∑

iк

, (19.5)

де F

– фізичний знос ділянки конструкцій; P

– розміри ділянки, м

або м; P

–

розміри всієї конструкції, м

або м; n – кількість пошкоджених ділянок.

Приклади ознак зносу фундаментів, їх кількісна оцінка та склад ремонт-

них робіт для великоблокових фундаментів наведено у таблиці 19.1.

Таблиця 19.1. Показники зносу стрічкових великоблокових фундаментів

Ознаки зносу Кількісна оцінка

Фізичний

знос, %

Склад ремонтних

робіт

Дрібні тріщини у цоколі, місцеве

порушення штукатурки

Тріщи

ни у швах між блоками, зв

о-

ложення стін підвалу

Тріщини, часткове руйнування

блоків, зволоження цоколю і стін

Масові пошкодження блоків, прог-

ресуючі тріщини на всю висоту б

у-

дівлі, випирання ґрунту в підвал

Ширина тріщин

до 1,5 мм

Те ж до 2 мм

Те ж 2 мм і біль-

ше, глибина бі-

льше ніж 10 мм

–

0-20

21-40

41-60

61-80

Затирання тріщин

Заповнення швів,

ремонт штукатурки,

гідроізоляції

Місцеве підсилення

фундаментів, віднов-

лення гідроізоляції

Повна заміна фун-

даменту

Визначений фізичний знос фундаментів ураховують для призначення

строків та обсягів ремонтних заходів за схемою: технічне обслуговування, по-

точний ремонт – безперервні заходи; капітальний ремонт – дискретний захід. У

випадку зносу фундаментів і стін на 60% реконструкція будови недоцільна.

Виділяють кілька груп причин відмови системи СФО.

Помилки при інженерно-геологічних дослідженнях:

100 t, роки

Рис. 19.4. Графік зростання фізичного

зносу фундаментів залежно від часу

їх експлуатації t

541

- недостатній обсяг робіт;

- помилкова оцінка властивостей ґрунту основи;

- відсутність чи помилковість прогнозу про можливі зміни властивостей

ґрунтів основи під впливом гідрогеологічних або техногенних факторів;

- неврахування історії формування інженерно-геологічних умов ділянки

будівництва.

Хоч помилки цієї групи досить поширені, але вони важко піддаються

врахуванню у зв’язку з тим, що проявляються в період як будівництва, так і

експлуатації. Ці помилки можуть бути виявлені лише у випадку відмови того

чи іншого виду.

Помилки при проектуванні фундаментів та основ:

- неврахування зміни властивостей ґрунту основи й навантажень у межах

будинку чи споруди;

- помилковий вибір розрахункової схеми та неправильне трактування ви-

мог нормативних документів;

- неврахування швидкості завантаження фундаментів на слабких ґрунтах;

- неврахування впливу на деформації будинків завантаження сусідніх із

ними ділянок;

- відсутність конструктивних заходів для надземної частини будинків;

- помилкове інтерпретування результатів випробувань паль і фундаментів,

які виготовляються без виймання ґрунту;

- використання для просадочних ґрунтів фундаментів на природній основі

без попереднього поліпшення властивостей ґрунту та прийняття конструктив-

них і водозахисних заходів або неправильне застосування методів часткового

усунення просадочних властивостей, неправильне проектування водонесучих

мереж, які надалі стають систематичними джерелами замочування тощо.

Відмови системи, пов’язані із зміною характеристик ґрунту основи й

фундаментів, унаслідок будівельних робіт:

- неправильне виконання збезводнювання ґрунту шляхом відкритого водо-

відливу в дрібнодисперсних ґрунтах, порушення властивостей ґрунту через пе-

ресування механізмів, вибухові роботи;

- порушення правил виконання палебійних робіт та штучних основ;

- порушення правил виконання основ і фундаментів узимку, наслідком чо-

го є промерзання ґрунту основи та його випинання;

- замокання ґрунтів основи у відкритих котлованах;

- неправильне виконання робіт із улаштування зворотного засипання

навколо фундаментів і відсутність вимощень;

- неправильна “консервація” будівництва тощо.

Ця група найбільш чисельна (більше ніж 40% відмов). Звичайно, що в

більшості випадків вони можуть бути усунені при дотриманні відповідних тех-

нічних умов та правил виконання робіт.

Відмови системи під час експлуатації:

- неправильна експлуатація (однобічне навантаження фундаментів, витоки

виробничих та побутових вод, некваліфіковане проведення робіт поряд з

об’єктами й ін.);

542

- непередбачені проектом випадки збільшення навантаження (іноді дина-

мічних) на фундаменти у зв’язку з переобладнанням чи надбудовою споруд і

будинків тощо.

19.2. РОЗРАХУНОК ОСНОВ І ФУНДАМЕНТІВ НА НАДІЙНІСТЬ

ТА ВИКОРИСТАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАДІЙНОСТІ

В ПРАКТИЦІ ЇХ ПРОЕКТУВАННЯ

За ступінь надійності (рівень надійності H) системи СФО доцільно

приймати ймовірність P неможливості настання граничних станів протягом

строку експлуатації споруди. Якщо ця ймовірність дорівнює одиниці, то систе-

ма цілком надійна, якщо ж Н=0, то ненадійна.

У загальному вигляді

)YY(P)Y(P

≥−=≥=

, (19.6)

де Y – сукупний фактор, що характеризує систему; Y

– внутрішній фактор сис-

теми, під яким розуміють несучу здатність основи або граничну деформацію

споруди; Y

– зовнішній фактор, під котрим розуміють навантаження, осідання,

крени тощо.

Наприклад, рівень надійності основ і фундаментів за осіданнями можна

визначити за виразом

)SS(P)F(P

−

=≥= 0

, (19.7)

де F – функція ризику цього граничного стану, яка означає ймовірність того, що

функція ризику не виходить за межі граничних станів.

Для визначення рівня надійності за співвідношенням (19.6) необхідно

знати закони розподілу випадкових величин Y

та Y

. Ці закони можна визначи-

ти за методами теорії ймовірності, вивчивши попередньо статистичні закони

розподілу випадкових величин (факторів, які визначають несучу здатність, де-

формації тощо). Чим більше факторів експериментально досліджено, тим

об’єктивнішою буде оцінка надійності основ і фундаментів. Якщо буде встано-

влено, що чинник Y відповідає нормальному законові розподілу, то вираз (19.6)

приймає вигляд (Єрмолаєв М. Н., Міхєєв В. В., 1976):

)]v/(F[,H

1150 +=

, (19.8)

де F(1/ν

) – інтеграл імовірності (функція Лапласа), значення якого наведені в

таблицях математичної статистики; ν

– коефіцієнт варіації випадкової величи-

ни (Y

-Y

yyy

m/v σ

, (19.9)

де σ

– середньоквадратичне відхилення величини (Y

-Y

); m

– математичне

очікування випадкової величини Y, що відповідає найімовірнішому її значенню.

Отже для визначення рівня надійності основ і фундаментів слід знати m

та σ

, які встановлюють через відповідні чисельні характеристики факторів Y

за формулами:

yyy

mmm

−=

; (19.10)

yyy

σσσ

. (19.11)

543

Величина, зворотна коефіцієнту варіації випадкової величини (Y

-Y

), має

назву “характеристики безпеки”:

σσ

−

===

. (19.12)

Коефіцієнт запасу (або коефіцієнт надійності) в роботі основ і фундамен-

тів при їх розрахунку за будь-яким граничним станом дорівнює:

m/mk

. (19.13)

Тоді

222

vkv

−

. (19.14)

Таким чином, визначивши коефіцієнт запасу k та коефіцієнти варіації фа-

кторів Y

і Y

, встановлюють рівень надійності основ та фундаментів H.

Приклад 19.1. Визначити рівень надійності H фундаментів під цивільний будинок за

осіданнями, якщо за розрахунком воно складає S=2,8 см, а його граничне значення S

=10 см.

Математичне очікування внутрішнього чинника Y

(у даному випадку гранична де-

формація будівлі)

=10 см; середньоквадратичне відхилення цієї величини

=1 см

(значення цього фактора приймемо умовно); математичне очікування зовнішнього чинника

(осідання фундаменту за розрахунком)

=S=2,8 см; його середньоквадратичне відхи-

лення

=1 см (його значення теж приймемо умовно).

1. Визначаємо коефіцієнт запасу за формулою (19.13): k=10/2,8=3,571.

2. Визначаємо коефіцієнти варіації факторів Y

та Y

за виразом (19.9):

m/σ

=1/10=0,1;

m/σ

=1/2,8=0,357.

3. Визначаємо характеристику безпеки за формулою (19.12):

095

3570571310

15713

222

,,,

+⋅

−

4. Визначаємо рівень надійності фундаментів за виразом (19.8):

H=0,5[1+F(1/ν

)]=0,5[1+F(5,09)]=1, де F(5,09)=1 – інтеграл імовірності, значення якого вста-

новлено за таблицями математичної статистики.

Таким чином, фундаменти даної будівлі цілком надійні.

Приклад 19.2. Визначити рівень надійності H фундаментів промислової будівлі за

осіданнями, якщо за розрахунком воно складає S=5,1 см, а його граничне значення S

=8 см.

Аналогічно прикладу 19.1 маємо

=8 см;

0,8 см;

=S=5,1 см;

см; коефіцієнт запасу k=8/5,1=1,569; коефіцієнти варіації факторів

=0,8/8=0,1;

=1/5,1=0,196; характеристика безпеки u=

222

1690569110

15691

,,,

+⋅

−

=2,266; значення інтегралу

ймовірності F(2,266)=0,975; рівень надійності фундаментів H=0,5(1+0,975)=0,988.

Приклад 19.3. Визначити рівень надійності підпірної стінки на зсування за підошвою.

Розміри стінки подані на рис. 19.5. Характеристики засипання: m

=15,0 кН/м

; σ

=0,75 кН/м

;

дисперсія цього фактора D

=σ

=0,5625 (кН/м

)

; m

=30°; m

tgφ

=0,5774; σ

=2°; σ

tgφ

=0,0349;

tgφ

=0,00122. Тертям засипки по стінці знехтувати. Характеристики для коефіцієнта тертя

ґрунту за підошвою: m

=0,45; σ

=0,1; D

=0,01. Питома вага бетону стінки γ

=22 кН/м

Умову стійкості підпірної стінки на зсування за підошвою приймаємо у вигляді

≤m

=0,8, де T

та T

– відповідно сумарна зсувна й утримуюча сили; m

– коефіцієнт

умов роботи, що забезпечує запас стійкості.

544

1. Відповідно до схеми сил, що діють на підпірну

стінку (рис. 19.5) приймаємо: Y

=fQ=f(Q

);

-E

. Q

=(2+1,5)·0,5·1·4·22=154 кН;

=2,5·1·1·22=55 кН;

=0,45·(154+55)=94,05 кН;

=0,5γh

;

(коефіцієнт 1/3 приймаємо через

неприпустимість великих переміщень стінки);

nф

h,E λγ

50=

, де λ

=tg

(45°-φ/2), λ

=tg

(45°+φ/2) – відпо-

відно коефіцієнти активного та пасивного бічного тиску;

=tg

30°=0,333; λ

=tg

60°=3; E

=0,5·15·5

·0,333=62,5 кН;

=0,5·15·1

·3=22,5 кН; E

=22,5/3=7,5 кН;

=62,5-

7,5=55 кН.

2. Визначаємо характеристики факторів Y

і Y

fyy

DfDQD

222

+==

;

0,01;













−

де n – коефіцієнт перевантаження для власної ваги стінки; n=1,1;

5348209

111













⋅

−

кН

;

=⋅+⋅== 5348450010209

222

,,,D

446,64 кН

. Рівнодіючі активного E

й пасивного

тиску розглядаємо як функцію двох випадкових змінних γ та λ. Тому маємо:

λγ













∂













∂

;

∂

;

∂

;

ϕϕλ

)/(cos

)/(tg

245













−

−=















;













ϕλ

)/(cos

)/(tg

245













−



1674

∂

;

∂

;

562

∂

;

∂

;

0007230

;

058560

;

=⋅+⋅= 0007230562562501674

,,,,D

12,591 кН

;

=⋅+⋅= 058560575625050

,,,,D

3,434

кН

;

=+=

EnEay

12,591+3,434=16,026 кН

3. За формулою (19.12) визначаємо характеристику безпеки:

8151

0261664446

550594

−

, звідки F(1,815)=0,9305, а рівень надійності підпірної стінки за

умови стійкості на зсування за підошвою H=0,5·(1+0,9305)=0,965.

4. Перевірка умови T

≤m

=0,8 для розрахункових зусиль показує, що отримане

значення рівня надійності близьке до того, яке забезпечується прийнятими на практиці реко-

мендаціями. Прийнявши коефіцієнти перевантаження 0,9 для ваги стінки та 1,2 для тиску

ґрунту, маємо такі розрахункові значення зусиль: T

=1,2·55=66 кН; T

=0,9·94,05=84,645 кН.

Отже, T

=66/84,645=0,78<m

=0,8, тому стійкість стінки на зсування за підошвою слід

вважати забезпеченою.

19.3. ПРИЧИНИ ЗНИЖЕННЯ І ЗАХОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

НАДІЙНОСТІ ОСНОВ І ФУНДАМЕНТІВ

Вище йшлося про визначення рівня надійності системи “основа – споруда” на стадії

проектування. Цю величину називають проектною. Якщо при проектуванні врахувати реаль-

ний характер усіх явищ, що впливають на рівень надійності, то він збережеться й у період

1500

1250

500

330

3330

1670

h=5000

=1000

Рис. 19.5. Розміри підпірної

стінки та схеми сил, що діють на

неї, до прикладу 17.3

545

експлуатації, тобто рівень експлуатаційної надійності дорівнюватиме проектному. Однак до-

сить часто рівень експлуатаційної надійності виявляється меншим за проектний.

Основні причини зниження проектного рівня надійності системи в процесі будівницт-

ва та подальшої експлуатації збігаються з причинами відмови системи, що були перелічені в

п. 19.1. Нижче наведені типові для нашої країни випадки невідповідності проектних рішень і

реальних обставин та заходи для їх запобігання.

Досить поширеним явищем при забудові історичних частин старих міст є нехтування

інформацією про існування в лесовій товщі підземних ходів та інших порожнин, які можуть

бути заповнені пухким матеріалом. При замоканні стінок і склепінь цих ходів можливе їх об-

валення. Слід підкреслити, що наявність підземних ходів сприяє активізації просадочних

явищ. Атмосферні, побутові чи виробничі води за цими ходами легко переміщуються в лесо-

вій товщі, вимивають частки ґрунту, розчиняють карбонатні з’єднання й, нарешті, утворю-

ють нові порожнини, пустоти, ходи (так зване явище псевдокарсту). Непоодинокими є і ви-

падки, коли проектувальники не звертають увагу на наявність у межах лесової товщі в міс-

цях колишньої забудови вигрібних ям та погрібників, іноді заповнених органічними залиш-

ками. Інколи будівельники самі сприяють утворенню джерел майбутнього замокання лесової

товщі, розміщуючи вигрібні колодязі поряд (1-2 м) із будівлями.

Нормативними документами, прийнятими і діючими наприкінці 60-их – початку

70-их років, допускалося неповне прорізання просадочних товщ фундаментами з паль, якщо

розрахункова сумарна деформація основи не перевищувала допустимої величини. Досвід

експлуатації споруд у таких умовах показав, що при неточно оцінених просадочних власти-

востях основи (наслідком чого є збільшення просідань) знижуються експлуатаційні якості

системи “основа – споруда”. Тому надалі норми були змінені для уточнення розрахункової

схеми з вимогою повного прорізання просадочної товщі палями.

При влаштуванні та утриманні котлованів під фундаменти часто-густо порушують

природну структуру основ: через неправильне ведення земляних робіт; у процесі водовідли-

ву за рахунок суфозії; замочування основи атмосферними, а іноді побутовими водами; пот-

раплянні пухкого ґрунту на дно котлованів чи свердловин (характерно для витрамбуваних

котлованів, пробитих і пробурених свердловин), що призводить до додаткових, неврахова-

них, осідань фундаментів за рахунок ущільнення порушеного ґрунту.

При зведенні монолітних залізобетонних фундаментів нерідко: зменшують їх розміри;

знижують клас бетону; недостатньо ущільнюють його при укладанні; відступають від проек-

тного армування конструкцій; зменшують товщину захисного шару бетону; застосовують

матеріали, що не відповідають корозійній активності ґрунту та ґрунтових вод, – що може ви-

кликати перевантаження основи і руйнування конструкції фундаменту.

Відхилення при зануренні або монтажі збірних фундаментів, паль, блоків від

прив’язочних осей у плані призводить до зміни схеми роботи конструкції й викликає додат-

кові зусилля. Порушення при їх забиванні можуть викликати появу в них тріщин, оголення

арматури і навіть до руйнування. Недотримання умов улаштування вирівнюючого підстиль-

ного піщаного шару при монтажі фундаментних плит призводить до недостатнього контакту

їх поверхні з основою і як наслідок до не передбачених проектом перерозподілів напруг у

конструкції. Недотримання правил перевезення й складування збірних конструкцій зумов-

лює виникнення в них тріщин, які знижують довговічність фундаментів.

Залишається і проблема зворотного засипання пазух котлованів та траншей. Випадки

використання для цього ґрунту із значним вмістом органіки, великими грудками, інколи мер-

злого, піску, слабкоущільненого чи зовсім без ущільнення – зустрічаються на багатьох

об’єктах, які будують на лесовому ґрунті. За вимогами існуючих норм зворотне засипання

здійснюють шарами з місцевого глинистого ґрунту оптимальної вологості. Ущільнення кож-

ного шару ведуть до щільності сухого ґрунту ρ

=1,6 т/м

. При цьому будь-які просадочні

властивості ґрунту усуваються, а його фільтраційна здатність зменшується на кілька поряд-

ків. Але, як показали численні дослідження, фактична щільність сухого ґрунту зворотного

засипання лише інколи перевищує ρ

=1,4 т/м

. Щодо використання піщаного ґрунту для зво-

546

ротного засипання, то його норми взагалі не дозволяють застосовувати, крім випадків, коли

мова йде про пальові фундаменти, що прорізають просадочну товщу, або здійснені заходи

для усунення просадочних властивостей в умовах I типу за просадочністю. Особливо шко-

дить використання піску при зворотному засипанні траншей для водонесучих інженерних

мереж. Після виникнення пошкоджень у мережі та витікання рідини таке засипання перетво-

рює точечне джерело зволоження в лінійне з подальшими негативними наслідками, які поси-

люють можливість суфозії і замочування основи на великій ділянці.

При благоустрої й озелененні ділянки: неякісне виконання вимощення, що повинно

перекривати пазухи котловану, призводить до замочування основ атмосферними водами; не-

дотримання проектних ухилів поверхні землі, сезонне перекопування газонів поряд із будів-

лями; невчасне усунення перешкод, які заважають швидкому відведенню талих чи дощових

вод від будівель, або свідоме проведення робіт, унаслідок котрих водовідведення погіршу-

ється, – ведуть до накопичення атмосферних вод поблизу фундаментів.

Порушення умов експлуатації основ і фундаментів: завищення навантажень на несучі

конструкції та підлогу (перевищення норм складування матеріалів, використання приміщень

для потреб не передбачених проектом, заміна устаткування тощо); зведення нових споруд

поряд з існуючими з невиконанням відповідних правил, для цього передбачених; проведення

динамічного занурення фундаментів нових споруд поблизу тих, що експлуатуються; прове-

дення земляних робіт при реконструкції або влаштуванні й ремонті мереж із руйнуванням

вимощень, залишенням незасипаних виробок сприяє замочуванню основ; руйнування зон

ущільнення фундаментів, які споруджують без виймання ґрунту (це різко знижує їх несучу

здатність); збільшення агресивності підземних вод до бетону та інших матеріалів у результа-

ті технологічних особливостей споруди, – призводить до руйнування конструкцій фундамен-

тів і розвитку неприпустимих деформацій споруди.

Перелічені порушення можуть істотно впливати на експлуатацію будівель і споруд,

визначати граничний стан системи “основа – споруда”, тобто істотно знижувати її надійність

або навіть зробити непридатною. Головне при розрахунку надійності системи – більш повне

визначення факторів, які визначають цю характеристику, й детальний аналіз кожного з них.

19.4. МЕТОДИ ОЦІНЮВАННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ

РІЗНОВИДІВ ОСНОВ І ФУНДАМЕНТІВ

Основними матеріалами для зведення фундаментів є бетон і залізобетон. Їх можна ви-

користовувати при влаштуванні фундаментів на місці будівництва (монолітні конструкції).

Якщо ж із них на заводах ЗБВ виготовляють конструкції фундаментів або їх елементи доста-

вляють на будівельну ділянку і там збирають, то це збірні конструкції. Досвід багаторічного

використання монолітних та збірних конструкцій для влаштування фундаментів як у нашій

країні, так і за її межами показує, що монолітні фундаменти за своїми техніко-економічними

показниками мають перевагу над збірними. За даними НДІОснов, причини цього такі:

- витрати на влаштування збірних залізобетонних фундаментів у заводських умовах у

2-3 рази вищі, ніж монолітних, за рахунок додаткових цехових та загальнозаводських витрат,

утримання устаткування, енергетичного господарства;

- трудомісткість виготовлення збірного залізобетону, особливо на полігонах стендовим

способом, вище зведення монолітних фундаментів за рахунок ряду додаткових робочих опе-

рацій: навантаження, розвантаження й обслуговування пропарювальних камер, транспорту-

вання, складування і відвантаження виробів; при цьому трудомісткість збірного залізобетону

підвищується за рахунок праці робітників допоміжних служб заводу;

- витрати на транспортування збірних залізобетонних фундаментів вищі, ніж моноліт-

ного бетону, опалубки й арматури у 3-5 разів із причин: середня віддаленість заводів збірно-

го залізобетону від будівельних майданчиків у три рази більша, ніж заводів товарного бето-

ну, коефіцієнт використання транспортних засобів при перевезенні збірного залізобетону

нижчий, ніж товарного бетону, для перевезення крупногабаритних збірних конструкцій не-

547

обхідний транспорт, який дорого коштує;

- для монтажу збірних залізобетонних конструкцій потрібні потужніші крани, ніж для

влаштування монолітних; це призводить до більших витрат на будівельну техніку;

- збірні конструкції матеріаломісткіші, ніж монолітні, з причин: підвищеної витрати

цементу для збереження відпускної міцності бетону, необхідності в меншій крупності зерен

заповнювача бетону, витрати арматуру для влаштування монтажних пристосувань, сприй-

мання транспортних і монтажних навантажень, збільшення витрат бетону й сталі за рахунок

жорсткої уніфікації розмірів конструкцій та арматурних каркасів;

- фундаменти відрізняються масивністю й особливістю розташування в ґрунтовому се-

редовищі так, що для виготовлення на місці потрібна менша кількість опалубки і кріплень,

ніж для інших конструкцій споруди, тому заміна монолітного залізобетону збірним не дає

такого ефекту, як для надземних конструкцій.

Переваги застосування збірних залізобетонних конструкцій (скорочення строків бу-

дівництва і ручної праці, поліпшення умов проведення робіт узимку) не можуть компенсува-

ти всіх витрат на їх застосування при зведенні збірних фундаментів замість монолітних. Крім

того, підвищення технічного рівня бетонних і залізобетонних робіт за рахунок упровадження

нових ефективних технологій дозволяє знизити собівартість монолітних фундаментів, тру-

домісткість їх виготовлення, ліквідувати ручну працю.

Дальше підвищення ефективності фундаментобудування можливе шляхом упрова-

дження в практику будівництва нових технологій їх виготовлення. Тому фундаменти, які ви-

готовляють без виймання ґрунту, в ряді випадків виявляються ефективнішими за фундамен-

ти, котрі влаштовують із вийманням ґрунту, завдяки значному зменшенню обсягу земляних

робіт, зниженню витрат матеріалу за рахунок більш повного використання несучої здатності

основи. У зв’язку з тим, що ці фундаменти мають розвиток по висоті, можна включити в ро-

боту ґрунт основи, розташований вище від їх підошви. Це особливо ефективно, коли перева-

жають вертикальні навантаження.

Фундаменти, які виготовляють із вийманням ґрунту, передають навантаження основі

розвинутою підошвою, що працює на вигин і для виготовлення котрої потрібні бетон та ар-

матура досить високого класу. Тому фундаменти, споруджені без виймання ґрунту, менш

матеріаломісткі.

Збірні пірамідальні палі, забивні блоки, клиноподібні й козлові фундаменти, занурю-

вані на порівняно невелику глибину, ефективніші, ніж забивні призматичні палі, лише у ви-

падках, коли щільний ґрунт знаходиться на глибині більше ніж 6 м від поверхні дна котлова-

ну, а шари ґрунтів, що лежать вище, здатні ущільнюватись при короткочасних навантажен-

нях. Занурювання таких фундаментів у водонасичені ґрунти найчастіше неефективне, тому

що при цьому не формується зона ущільненого ґрунту і значні навантаження на основи мож-

на передати лише за рахунок розвиненої підошви фундаменту або досягнувши щільного ґру-

нту, який лежить нижче.

Фундаменти у витрамбуваних котлованах і пробитих свердловинах найчастіше є

ефективними за рахунок: застосування монолітного бетону; невисокої трудомісткості робіт

при механізованій подачі щебеню й укладанні бетону за допомогою автобетонозмішувача;

можливості регулювання несучої здатності фундаменту в одних і тих же ґрунтових умовах

об’ємом утрамбованого жорсткого матеріалу в розширення. Доведена ефективність таких

фундаментів при їх улаштуванні у водонасичених глинистих ґрунтах, де відсутність зони

ущільнення компенсують улаштуванням розвинутого розширення. Розміри розширення мо-

жна значно збільшити, якщо влаштувати його шляхом утрамбовування щебеню за схемами,

наведеними на рис. 19.6.

Так розширення фундаменту в пробитій свердловині у вигляді так званого несучого

шару (рис. 19.6, а) складається з чотирьох окремих розширень, кожне з яких формують з

окремої свердловини. Ці свердловини потім заповнюють глинистим ґрунтом оптимальної

вологості з його пошаровим ущільненням. За центром пробивають ще одну свердловину, в

нижній частині котрої утворюють ще одне розширення з жорсткого бетону чи щебеню, що

548

спирається на раніше утворені. До речі, навантаження на такий фундамент – до 4000 кН.

Для підвищення несучої здатності фундаментів у пробитих свердловинах при значній

товщі слабких ґрунтів, а також спрощення їх виготовлення та підвищення надійності роботи

таких фундаментів шляхом оптимізації форми їх розширень і удосконалення дозування пор-

цій щебеню чи жорсткого бетону відповідно глибині свердловини спеціалістами ПолтНТУ

запропоновані конструкції й способи зведення фундаментів у пробитих свердловинах: із ро-

зширеною донизу п’ятою (рис. 19.6, б) та з п’ятою, розширеною догори (рис. 19.6, в). У пер-

шому з них розширену п’яту утворюють шляхом послідовного формування зверху донизу з

наступним пробиванням трамбівкою окремих бетонних (щебеневих, шлакових) зон, котрі

збільшуються в діаметрі з глибиною. У другій конструкції фундаменту в пробитій свердло-

вині оптимізація його форми забезпечує включення в роботу нахиленої конічної поверхні

розширеної п’яти. Цей фундамент включає в себе пробиту в ґрунті свердловину, заповнену

бетоном 1, і розширення в її нижній частині з утрамбованого жорсткого матеріалу у вигляді

еліпсоїдів обертання 2, котрі перетинаються між собою й розміщені один під одним. Ці зони

можна умовно охопити поверхнею кругового конуса, оберненого вершиною донизу, з кутом

при ній 90°-φ.

Однією з важливих проблем конструювання фундаментів є досягнення рівноміцності,

тобто того стану, щоб усі їх частини були завантажені близько до граничного стану матеріа-

лу. При конструюванні фундаменту в пробитій свердловині цю проблему можна розв’язати,

підбираючи діаметр свердловини і розміри розширення з умов їх повного завантаження.

Розглянуті вище положення, звичайно, не можуть повністю висвітлювати проблему

вибору ефективного фундаменту. Їх треба розглядати як постановні. В кожному конкретному

випадкові ці питання розглядають при оцінюванні варіантів проектних вирішень фундамен-

тів.

19.5. ЕКОНОМІЯ ЕНЕРГОРЕСУРСІВ ПРИ ПРОЕКТУВАННІ

І ВЛАШТУВАННІ ОСНОВ ТА ФУНДАМЕНТІВ

Економія паливно-енергетичних ресурсів повинна бути передбачена на всіх основних

етапах розроблення, виготовлення й монтажу фундаментів. На стадії проектування констру-

кцій фундаментів і розроблення технології їх виготовлення слід визначити потенціальні ене-

ргетичні витрати на виробництво сировинних матеріалів, виготовлення залізобетонних виро-

2-3

1-2

3-4

2-3

1-2

0-1

cr1

cr3

cr2

Рис. 19.6. Фундаменти в пробитих свердловинах із розвиненими розширеннями:

1 – стовбур фундаменту; 2 – розширення з жорсткого матеріалу; 3 –

ущільнений

ґрунт; 4 – арматура

549

бів та деталей, їх транспортування тощо. При будівництві фундаментів енергію витрачають

на їх монтаж або влаштування. За наявними даними, витрати енергетичних ресурсів на виго-

товлення будівельних матеріалів становлять 80-90 % сумарних витрат у будівництві; з них на

долю бетону і залізобетону припадає 45-52 %. При цьому доля бетону й залізобетону при

влаштуванні фундаментів значно вища, ніж цифри, наведені для будівель.

У бетоні найбільш енергоємним є цемент, а тому від правильного застосування це-

менту та раціонального його витрачання найчастіше залежать енерговитрати на виробництво

залізобетонних конструкцій. Дослідження показали, що сумарні витрати енергії різко збіль-

шуються при підвищенні класу бетону, оскільки при цьому збільшуються витрати цементу.

Незалежно від класу бетону мінімальними енергетичними витратами характеризується бетон

на шлакопортландцементі. Економії цементу можна досягти, раціонально підбираючи його

марки для виготовлення бетону і застосування пластифікаторів.

Енерговитрати виробництва фундаментів із збірного та монолітного бетону і залізобе-

тону залежать від типу вибраного цементу, його витрати й рухомості суміші, способу виго-

товлення бетону, умов формування і режиму тепловологої обробки виробів, а також опера-

цій, незалежних від характеристик цементу (арматурні роботи, підготовчі операції й т. ін.).

Узагальнені відомості про енергоємність збірного залізобетону наведено в таблиці 19.2.

Таблиця 19.2. Питома енергоємність збірних залізобетонних виробів із бетонів різних

марок, виготовлених на портландцементі за звичайною технологією і з добавкою супер-

пластифікатора С-3

Клас

бетону

Витрати енергоресурсів на 1 м

бетону виробів

(умовного палива), кг, виготовленого:

Витрати енергоресурсів на 1 кг

арматури і закладних деталей,

виробів (умовного палива), кг

за звичайною

технологією

із добавкою С-3

В25

В27,5

В30

В40

В45

152,8

171

179,5

211,5

239,5

146

153

159

185

211

1,04

Енергетичні витрати на одиницю вимірювання конструкцій і матеріалів, застосовува-

них у фундаментобудуванні, можуть бути виражені питомою енергоємністю, що враховує

повну витрату всіх видів енергії на виготовлення конструкцій, використовуваних на будіве-

льній ділянці: бетон, розчин та інші матеріали, включаючи енерговитрати на догляд за бето-

ном узимку. Цей показник може бути успішно використаний при оцінюванні і виборі конс-

труктивного вирішення фундаментів будівель та споруд. У таблиці 19.3 наведено питомі ви-

трати енергоресурсів, необхідних для збірних залізобетонних конструкцій та монолітного

бетону.

Таблиця 19.3. Питомі витрати енергетичних ресурсів для виготовлення 1 м

важкого бе-

тону збірних і монолітних конструкцій з використанням портландцементу з мінераль-

ними добавками марки 500

Клас бетону

Витрати енергоресурсів (умовного палива), кг

Збірний бетон

Монолітний бетон

В7,5

В15

В25

В30

В40

В45

132,8

145,8

152,8

179,5

211,5

239,5

102

118

143

175

–