Шлицевые фундаменты, особенности конструкций.

Фото Шлицевые фундаменты

Шлицевые фундаменты имеют еще одно название “стены в грунте”, “подземные стены”. Шлицевый фундамент – выполняется при помощи устройства в связном грунте специальных траншей, после чего они бетонируются единовременно с монтажом арматурных каркасов.

Такой способ устройства фундамента имеет ряд преимуществ. Однако они существуют исключительно для бетонных домов и сооружений монолитных конструкций.

Специфика установки шлицевого фундамента имеет следующие этапы:
1. Роется траншея. При помощи специальной техники или вручную.
2. Наполняется специальными составами, предотвращающими обрушение почв при установке фундамента.
3. Устанавливаются стены.
4. Этап бетонирования основания.
Из истории шлицевых фундаментом.

Раньше данная технология применялась исключительно для сооружения подземных переходов, постройки метро, различных подземных хранилищ и т.д. Со временем начали производить типовые конструкции для фундаментов, например, для ленточного фундамента. Причем, различные их варианты: для зданий с подвалом и без и т.д. Распространению шлицевых фундаментов способствует сравнительно низкая их стоимость, естественно при конкретных, подходящих условиях строительства.
Данный тип фундамента устраивается не во всех типах грунта, а только в тех, где отсутствуют различные твердые включения. Для него годится не вся бетонная смесь, а лишь некоторые ее виды. Бетон должен быть очень прочным и твердым, классом не менее B20. Защитный же слой бетона от 35мм.
Особые требования имеются и для тампонажных и опорных жидкостей. Напоминаем, что они необходимы для предотвращения обрушения почв в траншеи при установке плит. Жидкости должны иметь следующие свойства: быстро твердеть в состоянии покоя, также быстро становиться жидкими при механическом воздействии, обладать определенной степенью вязкости, степенью водоотдачи и т.д.


Для того, чтобы верно рассчитать шлицевые фундаменты, их надо обрабатывать сразу по двум аспектам:
1. Прочность фундамента и его составляющих элементов.
2. По осадкам.

 

При назначении размеров поперечного сечения свай учитывают полное использование прочности материала сваи. Сваи малых сечений применяют при небольших внешних нагрузках и малой несущей способности по грунту. Сваи увеличенных сечений применяют при небольшой длине и действии больших сосредоточенных нагрузок, если под нижними концами залегают прочные грунты, или при действии больших горизонтальных нагрузок и моментов, или на слабых грунтах.

Конструктивные решения забивных свай. Продольной арматурой сборных железобетонных свай служат стержни диаметром 32 мм периодического профиля. Величина защитного слоя продольной арматуры должна быть не менее 3 см. Сваи квадратного сечения обычно армируют четырьмя или восемью стержнями. В прямоугольных сваях число стержней принимают 8-12. В процессе забивания наибольшие местные напряжения возникают у концов свай, поэтому верх и низ свай усиливают поперечной арматурой в виде хомутов и спирали. «Голову» сваи усиливают косвенной арматурой в виде сеток. Место расположения уширения по высоте ствола принимается в зависимости от инженерно-геологических условий площадки. Уширения могут быть на конце сваи, у поверхности грунта и на любой высоте ствола сваи. Уширение сваи должно быть заглублено в несущий слой грунта не менее чем на высоту уширения.

Конструктивные решения буронабивных свай. В зависимости от физико-механических характеристик грунтов набивные сваи могут применяться без уширений, с одним или несколькими уширениями. Набивные сваи без уширений применяют при их опирании на достаточно прочные сжимаемые или скальные грунты, когда полностью используется прочность ствола. Набивные сваи с одним нижним уширением применяют при опирании уширения на грунт, имеющий модуль деформации более 20 МПа. В других случаях применяют сваи с несколькими уширениями. Диаметр ствола сваи назначают из условия обеспечения необходимой прочности. Обычно из условий удобства изготовления принимают диаметр не менее 400 мм, хотя корневидные сваи могут иметь диаметр ствола до 150... 200 мм.

Оптимальное соотношение диаметра уширения D и диаметра ствола сваи d может колебаться: 2,0 < D/d < 3,5. Для восприятия растягивающих напряжений сваи армируют каркасами, длину и сечение которых определяют расчетным путем в зависимости от усилий по высоте сваи.
Выпуски для связи с ростверком должны иметь длину 250... 400 мм. Диаметр арматурного каркаса должен быть на 100... 120 мм меньше диаметра скважины. Для свай-столбов, бетонируемых подводным способом, толщина защитного слоя бетона должна быть не менее 10 см. Набивные сваи можно устраивать как вертикальными, так и с наклоном (до 1:3). При устройстве свай с уширениями расстояние в свету между уширениями должно быть не менее 1 м.
Конструктивные решения козловых свай. Для устройства фундаментов из козловых свай могут быть применены призматические сваи любого типа. «Головы» свай должны располагаться на минимальном расстоянии друг от друга, определяемом условиями погружения или конструктивными особенностями здания (ростверка). Фундаменты на козловых сваях могут быть ленточные и кустовые. Для устройства таких фундаментов можно использовать призматические сваи с односторонним заострением, погружаемые попарно. При погружении таких свай в грунт за счет действия реактивного отпора грунта по наклонной поверхности сваи возникает момент, который разворачивает сваю в грунте относительно шарнирно закрепленной «головы» сваи в специальном наголовнике. В связи с возникновением значительных изгибающих моментов в свае, а также невозможностью значительного поворота длинных свай в грунте рекомендуется принимать длину таких свай не более 4...6 м. Отношение длины сваи к ее толщине в плоскости отклонения принимают не более 20.
Оптимальные типы и размеры свай выбирают на основе вариантного сравнения, по технико-экономическим показателям всего фундамента, отнесенным к единице действующей нагрузки (по объему железобетона, стоимости-трудоемкости и расходу стали), суммируя данные по сваям и по ростверку.

Исследования свай и ростверков

Исследованиям разнообразных конструкций свай посвящено множество научных трудов, тогда как работа железобетонных ростверков изучена недостаточно. Определяющим при назначении высоты для свайных ростверков является расчет прочности по наклонным сечениям, поэтому уточнение расчета может принести определенный экономический эффект. При расчете свайных ростверков ранее предполагалось их разрушение в результате продавливания колонной или сваей с образованием пирамиды продавливания, угол наклона сторон которой задан геометрическими размерами ростверка, свай, колонны и их расположением. Считалось, что происходит одновременный отрыв пирамиды продавливания от плиты ростверка.
Как и при расчете столбчатых фундаментов, не учитывается фактическое напряженно-деформированное состояние и концентрация напряжений, не оценивается значение трещин, не рассматривается влияние горизонтальной жесткости свай (появление горизонтальной силы при неупругом изгибе ростверка). Эти факторы могут привести к отличию фактической прочности от теоретической. Недостаточно изучено рациональное размещение арматуры в свайных ростверках. Не рассматривался вопрос преднапряжения арматуры при ее концентрированном расположении. Поэтому нами были проведены опыты, в которых было обращено внимание на изучение следующих вопросов: учет фактического напряженно-деформированного состояния в зоне образования наклонных трещин, в том числе концентрации напряжений вблизи стыка колонны и сваи с плитой ростверка; анализ влияния усилий распора, действующих вследствие неупругих деформаций плиты ростверка и изгиба свай на прочность плиты ростверка по наклонным сечениям; возможность концентрированного расположения арматуры ростверка и его влияние на прочность; влияние преднапряжения арматуры на сопротивление плиты ростверка разрушению по наклонным сечениям.

Фото фундаменты

Как и для столбчатых фундаментов, для свайных ростверков одновременный отрыв пирамиды продавливания по всей плоскости контакта с плитой ростверка невозможен, так как наклонная трещина не является трещиной нормального отрыва. Берега этой трещины при перемещении пирамиды продавливания одновременно с нормальным отрывом испытывают также продольный сдвиг, причем деформации отрыва сопоставимы с деформациями сдвига.
Для свайных ростверков характерна неравномерность распределения напряжений, связанная с тем, что плита ростверка опирается на отдельные опоры. Выполненные расчеты зон образования трещин показали, что общая схема трещинообразования для ростверка отличается сложностью: наиболее опасными зонами, в которых происходит первоочередное образование наклонных трещин, являются зоны в направлении от угла колонны к ближайшему углу сваи. Они характеризуются максимальной концентрацией напряжений и наибольшей высотой развития наклонных трещин. Именно в этих зонах наклонные трещины (в первую очередь, в растянутой зоне) объединяются с наклонными трещинами в сжатой зоне (подкалывают сжатую зону), что ослабляет эту зону и вызывает ее дальнейшее разрушение. В остальной своей части сжатая зона разрушается позже, после разрушения сжатой зоны вблизи углов колонны. Затем следует отделение тела продавливания.
Изгиб плиты ростверка, особенно в неупругой стадии, вызывает увеличение площади его подошвы и, как следствие, горизонтальные деформации «голов» свай. Поскольку защемленные в грунте сваи имеют некоторую жесткость в горизонтальном направлении, при их горизонтальных перемещениях возникает сила Н, действие которой приводит к увеличению высоты сжатой зоны jc, что, в свою очередь, должно повысить прочность плиты ростверка по наклонным сечениям.

 

Таким образом, плита ростверка работает не на изгиб, а на вне-центренное сжатие. Это обстоятельство может учитываться при расположении «голов» свай в достаточно прочных грунтах, или при больших поперечных размерах свай, или для ростверков с большим числом свай, в том числе для плитных. Если число свай незначительно, размеры их невелики и грунты в верхней зоне не отличаются прочностью, то усилия распора настолько малы, что при расчете прочности их можно не учитывать. Усилия распора сконцентрированы в направлении от свай к колонне, т. е. в наиболее подверженном разрушению направлении. Увеличение высоты сжатой зоны в этом направлении повышает прочность по наклонным сечениям. Усилия растяжения в рабочей арматуре немного снижаются за счет разгружающего действия распора.
Опыты были проведены с железобетонными образцами ростверков размерами 1,5x1,5 м, опертыми на четыре железобетонные стойки, которые, в свою очередь, опирались на дно железобетонного лотка размером 4x4 м. Таким образом, моделировалось разрушение четырехсвайного ростверка со сваями-стойками. В опытах выявлена концентрация изгибающих моментов вблизи колонны, а также концентрация нормальных напряжений в угловых зонах контакта колонны и плиты ростверка. Неравномерно распределяются напряжения в «голове» свай, имеется концентрация напряжений в угловой зоне, ближайшей к углу колонны. Таким образом, участки, в которых наблюдаются максимальные значения нормальных напряжений, и есть наиболее вероятные места возникновения наклонных трещин.

Ультразвуковыми методами были выявлены места возникновения трещин в зоне будущего разрушения. Наклонные трещины в сжатойзоне, которые и являются началом хрупкого разрушения, возникают, в первую очередь, вблизи углов колонны, в местах концентрации напряжений). В сжатой зоне, ослабленной наклонными трещинами, происходит значительное перераспределение напряжений, так как вся поперечная сила в это время воспринимается только участками неразрушенной сжатой зоны между угловыми зонами. Затем эта сжатая зона разрушается и происходит отделение тела продавливания от плиты ростверка. Наклон трещин в плите с некоторым приближением соответствует наклону изостат.

Фото фундаменты

При стыке стаканного типа зоны трещинообразования также характеризуются наличием мест первоочередного образования наклонных трещин по направлению от угла колонны к ближайшему углу сваи, где проходит наиболее интенсивный поток напряжений, так как здесь плита ростверка наиболее жесткая. При изгибе плиты ростверка в этом направлении действуют наибольшие сжимающие главные напряжения, которые и вызывают первоочередное образование трещин нормального отрыва.
Испытания образцов ростверка с распределенной по площади плиты и сконцентрированной арматурой показали, что концентрация арматуры в соответствии с представлением о работе ростверков как систем с полосами сжатого бетона (по направлению потока напряжений от колонны к сваям) и растянутой арматуры позволяет несколько упростить армирование без снижения воспринимаемой нагрузки. Однотипные образцы ростверков показали практически одинаковую разрушающую нагрузку при различающихся схемах армирования.
По результатам опытов работу ростверка можно представить в виде структуры, сочетающей наклонные сжатые стержни из бетона, расположенные по направлениям потоков главных сжимающих напряжений от колонны к сваям, и растянутые стержни рабочей арматуры, связанные с концами этих стержней. Эта схема удобна для расчета, так как позволяет сосредоточить внимание на участках бетона, примыкающих к колонне и сваями подверженных разрушению в первую очередь.

 

Опыты по определению влияния распора были проведены на однотипных образцах ростверков, которые опирались на короткие кубы из бетона, не допускающие горизонтальных перемещений (полная реализация распора), и на шаровые опоры, допускающие любые горизонтальные перемещения (работа без распора). Опыты показали, что образование трещин в испытываемых образцах с различными условиями опирания произошло практически при одинаковых нагрузках, но разрушение по наклонным сечениям ростверка с реализацией распора произошло при нагрузке, почти на 20 % превышающей разрушающую нагрузку образцов ростверков на шаровых опорах.