Армирование фундамента — основы

В фундаментах стен при армировании стержни главной арматуры располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга. Кроме того, желательно иметь некоторое количество добавочной продольной арматуры над более слабыми участками подстилающего грунта по длине фундамента.

Для этой цели достаточно, за редким исключением, от 0,3 до 0,4% армирующей системы. Армирование в квадратных фундаментах обычно проводится параллельно сторонам квадрата. В каждом направлении стержни располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга. В прямоугольном фундаменте в продольном направлении армирующие стержни так же, как правило, распределяется равномерно по всей ширине. Испытания прямоугольных фундаментов показали, что поперечные стержни должны укладываться в средней части фундамента чаще, чем у краев. Для равномерного армирования часто используется уравнение.

Сваи обычно делятся на два типа — сваи-стойки и сваи трения. Сваи-стойки острием опираются на скалу или грунт у острия. При этом боковая поверхность сваи передает грунту очень небольшое усилие. Сваи трения передают основную часть нагрузки на окружающий грунт за счет возникающего между грунтом и сваей трения. Эти сваи только очень небольшую часть нагрузки передают на грунт посредством острия. Однако фактическая работа сваи куда сложнее, чем это следует из простого подразделения свай на два типа. Так, например, часто плотность подстилающих грунтов возрастает с глубиной, и свая забивается сначала через мягкие верхние слои грунта во все более плотные, пока ее несущая способность не будет считаться достаточной. Такие сваи значительную часть нагрузки передают своей боковой поверхностью окружающему грунту, особенно по нижней части ствола, но значительная часть нагрузки передается и через острие сваи. Одним из наиболее важных вопросов является правильный выбор типа сваи, отвечающего данным условиям. Окончательное решение можно принять лишь после детального изучения местных условий, и вряд ли можно дать определенные правила для руководства неопытному инженеру-строителю.

Тем не менее, правильное понимание поведения сваи при забивке и процесса передачи сваями нагрузок на грунт, является важным и может оказать неоценимую помощь при проектировании. Свая-стойка, окруженная грунтом, иногда ошибочно рассматривается как колонна, нагруженная в верхней части и передающая нагрузку своим концом подстилающему грунту. Это представление приводит к выводу, что напряжения в свае-стойке не должны превышать напряжений, которые являются допускаемыми для колонны тех же размеров и из того же материала. Однако опыт показал, что разрушение уже забитых свай настолько редкое явление, что его возможность может приниматься во внимание лишь в исключительных случаях. Во время испытания свай, если и случались поломки самих свай, то обычно происходило либо у поверхности земли, либо над нею, где выступающая часть сваи не окружена грунтом.

Более того, как опыт, так и теоретические положения показали, что для сваи-стойки нет опасности разрушения от продольного изгиба из-за недостаточного сопротивления окружающего грунта, даже если она забита в очень мягкие грунты. Эти соображения приводят к выводу, что несущая способность сваи почти полностью зависит от несущей способности грунта, на который опирается острие, и от того, насколько удовлетворительно острие опирается на этот грунт. Очевидно, что предельная несущая способность сваи возрастает с увеличением площади опоры, откуда можно заключить, что несущая способность сваи с острием большого диаметра больше, чем несущая способность сваи с острием малого диаметра. С другой стороны, если пласт прочного грунта находится слишком глубоко или покрыт грунтом, имеющим умеренное сопротивление, то может оказаться невозможным забить сваю большого диаметра до прочного пласта. В то же время более тонкая свая, вытесняющая меньший объем грунта, может успешно достичь надежного пласта, и будет обладать более высокой несущей способностью.

Объем грунта, вытесняемого сваей, не является единственным фактором, влияющим на глубину забивки сваи при данной затрате энергии. Важным моментом является способность свай передавать энергию удара от головы к острию. Это обстоятельство обусловлено главным образом материалом сваи. Наиболее успешно передают осевые усилия стальные сваи и сердечники, служащие для забивки оболочек набивных свай. Менее эффективно передают продольные усилия при забивке железобетонные сваи и еще менее-деревянные. Очень важно учитывать потерю энергии, затрачиваемой на пластические деформации некоторых частей сваи и на упругие колебания, возникающие при ударе, молота о сваю. Чтобы предотвратить эти потери энергии, площади поперечного сечения сваи и сердечника должны быть достаточно большими. Так, например, было установлено, что две стальные цилиндрические сваи с одним и тем же диаметром, забитые одним и тем же молотом, погружались на различные глубины в плотный грунт, в зависимости от толщины стенок этих труб. Более толстая труба уходила более глубоко.

Если несущий пласт грунта, будучи довольно мощным, является лишь относительно плотным, то следует рассмотреть возможность применения одного из следующих двух типов сваи. Первый тип — свая с малым диаметром острия, но способная передать острию усилие при забивке без значительной потери энергии. При достаточно большом углублении этой свай в плотный грунт несущая способность ее может быть достаточно высокой и представлять собою сумму несущей способность острия и значительного бокового трения в плотном грунте. Трение может быть увеличено, если нижняя часть сваи выполнена с небольшой конусностью.

Второй тип — свая с очень развитой пятой. Пята может представлять собой плиту или железобетонный башмак, либо может быть создана путем выпирания в стороны в мягкий грунт свежего бетона при трамбовании непосредственно над плотным пластом. В любом случае несущая способность сваи увеличивается не благодаря трудности забивки ее в несущий грунт, а определяется исключительно прочностью и сжимаемостью этого грунта. Сваи с развитой пятой также применимы в тех случаях, когда несущий слой грунта очень плотен, но настолько тонок, что сваи меньшего диаметра могут его пробить.

Несущая способность свай трения зависит от характеристик окружающего их грунта. Следовательно, можно рассматривать как общее правило, что прочность самих свай имеетвторостепенное значение. Если сваи трения имеют цилиндрическую форму, то нагрузка от сваи на грунт передается исключительно с помощью трения. Если свая имеет коническую форму, то часть нагрузки на грунт передается как давление, но все же большая часть-при помощи бокового трения.

Если сваи забиваются в мягкую глину, в которой сопротивление трению незначительно, то разница между несущей способностью цилиндрических и конических свай относительно мала. В грунтах, обладающих значительным трением, таких как, например, песок, илы, глины, содержащие воздух, расклинивающее действие конической сваи увеличивает сопротивление по боковой поверхности. Поэтому в таких грунтах применение конических свай может быть более целесообразно. Как правило, чем больше конусность сваи, тем свая может быть короче при одинаковой несущей способности.