1.5. Последовательность проектирования оснований и фундаментов

Проектирование оснований и фундаментов выполняется на основании действующих норм проектирования [7, 8] и включает ряд операций, которые, согласно [9], обычно выполняются в указанной ниже последовательности.

1. Оценка результатов инженерно-геологических, инженерно-геодезических и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строи­тельства. Состав этих данных определяется соответствующими нормами и инструкциями и рассматривается в курсе инженерной геологии. От качества и полноты материалов изысканий во многом зависят надежность и эконо­мичность принимаемых в проекте решений оснований и фундаментов.

В общем случае результаты изысканий должны содержать сведения о расположении площадки строительства (ее климатических и сейсмических условиях), инженерно-геологическом строении толщи грунтов и наблюдае­мых неблагоприятных факторах. Особое внимание уделяется сведениям о наличии в горизонтах подземных вод, колебаниях их уровней, агрессивности по отношению к материалам фундаментов и подземных частей зданий.

Результаты детальных исследований, проводимых на площадке строи­тельства, должны содержать сведения о стратиграфической последователь­ности напластования грунтов, формах залегания, размерах в плане и по глу­бине, происхождении, составе и состоянии всех инженерно-геологических элементов, о подземных водах. Данные представляются в виде инженерно-геологических колонок по отдельным выработкам (скважинам, шурфам и т. д.) и разрезов, построенных по этим выработкам, а также соответствующих текстовых материалов и таблиц. На инженерно-геологических документах обязательно приводятся места отбора проб для лабораторных определений характеристик физико-механических свойств грунтов, пункты проведения полевых опытов, включая статическое и динамическое зондирование.

Количество выработок, назначаемых для изысканий, определяется сложностью инженерно-геологических условий площадки и чувствительно­стью проектируемого сооружения к неравномерным осадкам. Так, для инже­нерно-геологических условий III категории сложности минимальное число выработок в пределах контура сооружения составляет 3...5, а максимальное расстояние между ними - 20...30 м. Глубина выработок должна не менее чем на 1...2 м превышать нижнюю границу сжимаемой толщи основания, а в случае слабых грунтов полностью прорезать их толщу.

Результаты изысканий должны содержать все необходимые данные о физико-механических свойствах грунтов основания, сведения о методах их определения, прогноз возможных изменений показателей этих свойств. В особо сложных инженерно-геологических условиях и для сооружений повы­шенной ответственности требуется проводить исследования грунтов по спе­циальной программе.

2. Анализ проектируемого здания и сооружения. В соответствии с за­данием на проектирование определяются плановые и высотные размеры со­оружения, устанавливаются его конструктивная и расчетная схемы, материа­лы элементов конструкций, способы передачи нагрузок на основание. Исходя из конструктивных и эксплуатационно-технологических требований опреде­ляется чувствительность сооружения или отдельных его частей к неравно­мерным осадкам, назначаются предельные значения деформаций основания.

Важным этапом является определение нагрузок, действующих на со­оружение (ветровых, снеговых, особых и т. п.), а также нагрузок от несущих конструкций сооружения, перекрытий, различного рода оборудования и экс­плуатационных условий, передающихся на фундаменты. Равнодействующие всех нагрузок в зависимости от расчетной схемы сооружения прикладываются в уровне верхнего обреза или подошвы фундамента.

Следует обращать внимание на возможное влияние технологических процессов в проектируемых сооружениях на изменение физико-механических свойств грунтов основания. Необходимо, особенно при строи­тельстве на слабых грунтах, принимать во внимание взаимодействие проек­тируемого сооружения с окружающей средой (соседние здания и сооруже­ния, установки и оборудование в проектируемом сооружении, прокладка коммуникаций, сохранность прилегающей территории, дорог и т.п.).

3. Выбор типа основания и конструкций фундаментов. Имея приве­денные выше данные, осуществляют привязку проектируемого сооружения к строительной площадке, т.е. совмещение осей сооружения с инженерно-геологическими разрезами и выбор глубины заложения подошвы фундамен­тов. С этого, собственно, и начинается проектирование оснований и фунда­ментов.

Уже на этой стадии проектирования следует стремиться так размес­тить сооружение на площади застройки, чтобы по возможности избежать влияния на сооружение источников вредных воздействий: линз слабых грун­тов, карстовых полостей, старых горных выработок, посторонних комму­никаций и т.п.

Важно отметить, что при всем разнообразии природно-климатических и инженерно-геологических условий площадок строительства на территории нашей страны, многообразии конструкций различных зданий и сооружений в массовом строительстве обычно применяются два класса фундаментов: мел­кого заложения и свайные. Более сложные конструкции (сваи-оболочки, опу­скные колодцы, кессоны и т.д.) используются для специальных сооружений или в сложных инженерно-геологических условиях.

Конечно, и в массовом строительстве в каждом конкретном случае имеется большое количество различных вариантов решений, позволяющих проявить искусство проектировщика. Основные положения такого подхода будут рассмотрены в следующих главах. Здесь же ограничимся лишь общи­ми соображениями.

Обычно уже сама схема сооружения, величина и характер нагрузок, передаваемых на основание (моментные, безмоментные и т.п.), а также дан­ные об основании (характер залегания, несущая способность, деформируе­мость грунтов, наличие и уровень залегания подземных вод и т.д.) позволяют наметить несколько вариантов конструкций фундаментов, наиболее подхо­дящих для конкретных условий строительства. Под схемой сооружения по­нимают конструктивное решение здания: каркасное; бескаркасное; много­этажное; одноэтажное; наличие или отсутствие подвальных помещений и т.д.

В случае применения фундаментов мелкого заложения иногда рас­сматриваются альтернативные варианты использования основания без про­ведения дополнительных работ по его укреплению (естественное основание) или с проведением таких работ (искусственное основание). Следует также учитывать материально-технические возможности индустриальной базы рай­она строительства (наличие и мощности заводов железобетонных изделий при проектировании сборных фундаментов и забивных свай; бесперебойная поставка бетона для монолитных фундаментов; обеспеченность транспортным, сваебойным оборудованием и т. п.), дальность перевозок строительных материалов, а также производственный опыт строящей организации.

Заканчивается этот этап выбором типа основания и нескольких (обычно не менее трех) конструктивных типов фундаментов проектируемого сооружения, намеченных для дальнейшего, более детального анализа. По­скольку в качестве проектного решения будет принят один из этих вариан­тов, значение рассматриваемого этапа в общей цепочке проектирования очень велико.

4. Расчеты оснований по предельным состояниям, технико-экономический анализ вариантов и принятие окончательного решения. Для одного или нескольких сечений сооружения в зависимости от его конфигу­рации, нагрузок, сложности напластования фунтов проводятся расчеты вы­бранных вариантов фундаментов по предельным состояниям. Определяются окончательные размеры фундаментов в плане, количество и расположение свай, проектируются фундаменты для каждого варианта. Оцениваются все виды работ по возведению фундаментов и, если нужно, по устройству искус­ственных оснований и других мероприятий, направленных на уменьшение неравномерных деформаций основания. Проводится технико-экономическое сравнение рассматриваемых вариантов и по минимуму приведенных затрат устанавливается оптимальное проектное решение.