Проектирование фундамента

Основной функцией фундаментов является передача нагрузки от сооружения на грунты основания. Грунты основания зачастую являются слабым природным материалом по сравнению с материалом конструкций здания. Под воздействием нагрузок грунт работает на сжатие и сдвиг, что приводит к деформациям основания и осадкам здания. Поэтому проектирование фундаментов в конкретных инженерно-геологических условиях площадки строительства является важной задачей.
Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор:
- типа основания (естественное или искусственное);
- типа фундамента (мелкого или глубокого заложения);
- конструкции фундамента (ленточный, столбчатый, плитный или др.);
- материала фундамента (железобетонный, бетонный или др.);
- размеры фундамента мелкого заложения или количество свай и размеры ростверка для свайного;
- мероприятия, применяемые для минимизации влияния деформаций основания на эксплуатационную надежность здания и сооружений окружающей застройки.
Развитие промышленного и жилищного строительства привело к необходимости передачи больших нагрузок на грунтовое основание. Инженерно-геологические условия площадки не всегда соответствуют применению фундаментов мелкого заложения. Поэтому приходится применять свайные фундаменты различного типа. Основными преимуществами свайных фундаментов является сокращение сроков строительства, высокая технологичность, снижение трудоемкости и уменьшение объёмов земляных работ.
Основными применяемыми типами свай являются:
1. Сваи заводского изготовления (забивные, вдавливаемые, винтовые).
Данный тип свай изготавливают в заводских условиях и непосредственно на площадке производят их погружение (забивка, вдавливание, завинчивание). Основные преимущества данных свай – низкая стоимость материала свай. Основные недостатки – динамические воздействия на окружающую застройку (жб сваи), коррозия несущего элемента и невысокий уровень передаваемых нагрузок (винтовые сваи).



Рис. 1. Свайное поле из забивных свай.


2. Сваи, изготавливаемые в грунте:
• Буровые сваи в устойчивых грунтах. В данном типе свай для извлечения грунта на поверхность используют шнека, ковшебуры или колонковые буры. После завершения бурения скважины в нее устанавливают каркас и опускают бетонолитную трубу для подачи бетонной смеси. Основные разновидности буровых свай в устойчивых грунтах – сваи оболочки, виброштампованные и сваи по технологии CFA.
• Буровые сваи в неустойчивых грунтах. В случае устройства свай в неустойчивых грунтах, скважину бурят под защитой обсадной трубы или с применением глинистого раствора, препятствующей обрушению стенок скважины. Бетонирование сваи ведется методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ).



Рис. 2. Устройство буровых свай под защитой обсадной трубы.


• Сваи с перемещением грунта. Данный тип свай бетонируют в скважинах, образованных в результате уплотнения грунта.
• Буроинъекционные сваи. Сваи диаметром 150-350 мм, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси или цементного раствора. Основным применением буроинъекционных свай является усиление фундаментов.
Устройство буроинъекционных свай возможно двумя способами. Первый способ заключается в бурении скважины шнеком до проектной отметки. В случае неустойчивой скважины бурение ведут под защитой глинистого раствора. По окончании бурения производят опускание арматурного каркаса отдельными секциями и бетонирование тела сваи. По окончании бетонирования выполняют опрессовку тела сваи.
Второй способ заключается в совмещении в совмещении операций бурения и цементации. Бурение выполняется полыми буровыми штангами, которые по окончании бурения остаются в свае в качестве армирующего элемента. После окончания бурения производится дополнительная опрессовка сваи густым цементным раствором через отверстия в буровой коронке.
Давление нагнетания цементного раствора в первом и втором способе составляет 5-10 атм. (0,5-1 МПа). Диаметр свай данного типа в основном определяется диаметром бурового инструмента.
Третий способ заключается в устройстве свай с применением технологии струйной цементации грунтов. В данном типе свай нагнетание цементного раствора выполняют под давлением 100-150 атм. Для выдерживания такого давления используют специальные полые буровые штанги, которые также по окончании бурения остаются в теле сваи. Наиболее распространенными данными типами свай являются сваи «MiniJet».



Рис. 3. Анкерные сваи MiniJet.


• Грунтоцементные сваи по технологии струйной цементации грунтов (jet grouting) и глубинного перемешивания грунтов (DSM). Сущность технологии струйной цементации заключается в использовании энергии высоконапорной струи для смешивания грунта с цементным раствором, в результате чего формируется грунтоцементная свая.
Грунтоцементные сваи могут использоваться в качестве свайного фундамента для нового строительства, усиления существующих фундаментов, а также для укрепления грунтов основания.
Возможны также комбинации разных типов свай.