ε= Vn/ VCK = Vn/( Vr- Vn)

6) влажность грунта W—отношение (в долях единицы) массы воды в порах грунта к массе минеральных частиц:

W= Мв/ Мск= (Мг-Мск)/ Мск

7) степень (коэффициент) влажности грунта G — отношение объема воды в порах грунта к объему:

G= Vв/ Vr= Vв/ (Vr- VCK )= pW/ εpв

На практике определяют экспериментом плотность, объемную массу и влажность грунта. Из этих же формул можно вывести взаимную зависимость между пористостью и коэффициентом пористости и выражение для объема скелета грунта. Зависимость между пористостью и коэффициентом пористости выражается равенствами:

n= ε/(1+ ε) и ε = n/(1-n)

Объем скелета грунта:

VCK = Vr /(1+ ε)

4. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В ПОРАХ ГРУНТОВ

В порах грунтов вода может находиться в различных физических состояниях. Различают следующие виды воды в порах грунтов:

1) парообразная, заполняющая части пор грунта, свободные от волы;

2) вода в твердом состоянии (лед);

3) гигроскопическая и пленочная вода, образующаяся на поверхности частиц в виде пленок различной толщины, более или менее прочно с нею связанных. По своим свойствам она отлична от обычной жидкой воды (например, не передвигается под действием силы тяжести). Поскольку гигроскопическая и пленочная вода не свободна в своем передвижении, ее назвали физически связанной водой;

4) гравитационная, или свободная вода. Обладает свойствами жидкой воды, передвигается в грунтах под действием силы тяжести. Такая вода может быть подразделена на собственносвободную и капиллярную, образующую капиллярную зону над поверхностью грунтовых вод, и связанную (капиллярно-поднятая вода) или не связанную (капиллярно-подвешенная вода) с грунтовыми водами.

II. ЖЕСТКИЕ ФУНДЕМЕНТЫ НЕГЛУБОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

1. ВИДЫ ФУНДАМЕНТОВ

Фундаменты, возводимые в открытых рвах и котлованах глубиной в среднем до 5—6 м, принято называть фундаментами неглубокого заложения. 489 Фундаменты должны быть достаточно прочны, долговечны, устойчивы против воздействий мороза и агрессивности грунтовых вод. Фундаменты должны быть возведены с учетом физических и механических свойств грунтов основания и местных инженерно-геологических процессов и явлений. Размеры фундаментов в плане должны быть такими, чтобы среднее давление от расчетных нагрузок по подошве фундамента не превосходило расчетного давления на грунт, а расчетные значения абсолютных осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного сооружения не превосходили предельных значений, установленных нормами проектирования. Контур фундамента в плане, как правило, повторяет упрощенной форме контур плана надфундаментных частей здания или сооружения. В соответствии с этим фундаменты могут иметь различные конструктивные формы. Фундаменты массивных сооружений (мостовыхопор, монументов и т. п.) выполняют в виде отдельных массивов. Фундаменты отдельных опор (колонн) могут быть устроены под каждую колонну отдельно (отдельные, одиночные или столбовые фундаменты) или общими под несколько колонн и иметь вид лент (ленточные фундаменты), перекрестных лент и плит (ребристых и безреберных). Фундаменты стен могут быть устроены в виде отдельных фундаментных столбов, перекрытых фундаментной балкой (рандбалкой), или подземных стенок, повторяющих план стен. Их называют стеновыми, хотя в литературе их часто называют ленточными, так как по своей форме они не отличаются от ленточных фундаментов, устраиваемых под несколько колонн. Основные виды конструкций фундаментов представлены на рис. 29.1. В конструкции каждого фундамента есть две характерные плоскости: верхняя, на которую опирается сооружение, и нижняя — плоскость контакта конструкции фундамента с грунтом основания. Верхняя плоскость носит название плоскости обреза фундамента, а нижняя — плоскости подошвы фундамента (рис. 29.2). Сопротивление материала фундамента нагрузке, как правило, значительно выше, чем сопротивление грунта основания. Поэтому размер площади подошвы фундамента всегда больше, чем размер площади обреза, и только в очень редких случаях эти размеры могут быть равны между собой.

Следовательно, боковые грани фундамента должны быть наклонными или ступенчатыми (рис. 29.3). Если уширение фундаментов к низу незначительно (рис. 29.3,а), то в теле фундамента возникают только напряжения сжатия. Если же консольные уширения фундамента достаточно велики, то под действием реактивного давления грунта они изгибаются и в них возникают растягивающие и скалывающие напряжения (рис. 29.3,6). Различают две основные группы фундаментов:

1) жесткие, в которых растягивающие и скалывающие напряжения отсутствуют или настолько малы, что ими можно пренебречь;

2) гибкие, испытывающие значительные растягивающие и скалывающие напряжения.

Опытами установлено, что может быть найдено значение предельного уширения фундамента, при котором растягивающих и скалывающих напряжений в теле фундамента совсем не будет или они настолько малы, что ими можно пренебречь. Это значение предельного уширения фундамента зависит от материала, из которого устраивается фундамент, и обычно выражается через угол уширения или тангенс этого угла. Тангенс угла уширения a равен отношению размера уширения (размера выноса консоли) к высоте конструкции фундамента (см. рис. 29.2 и 29.3).

Так как угол предельного уширения фундамента апр определяет контур, в границах которого фундамент будет жестким, то он носит название угла жесткости. При проектировании фундаментов рекомендуется вводить в расчет некоторый запас жесткости. Этот запас учитывается заменой предельных углов жесткости ан нормативным.

В качестве материалов для устройства фундаментов могут применяться железобетон, бетон, бутобетон, каменная (бутовая или кирпичная) кладка. Каменную кладку, бутобетон и бетон применяют в более или менее одинаковых условиях, в конструкциях жестких фундаментов. Необходимость применения железобетона определяется наличием в конструкции фундамента растягивающих или скалывающих напряжений. Поэтому железобетон применяют при устройстве гибких фундаментов, а также для изготовления конструкций сборных фундаментов.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ СБОРНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Применение сборных элементов в фундаментостроении началось несколько позже, чем в строительстве наземных конструкций. Это объясняется особенностями работы фундаментов. В 1933—1935 гг. автором в его исследованиях была показана полная возможность перехода к устройству фундаментов из сборных элементов и предложена методика их проектирования. Основную трудность перехода на фундаменты из сборных элементов составляет проектирование такого набора типоразмеров блоков, при котором удовлетворяются требования соответствия площади подошвы фундамента несущей способности грунта и требования жесткости конструкции. В зависимости от конструктивной схемы здания сборные фундаменты могут осуществляться в виде сплошных ленточных фундаментов под стены, отдельных фундаментов-столбов, нагрузка на которые передается через рандбалки, и одиночных фундаментов под отдельные опоры (столбы или колонны). Кроме того, в самое последнее время получили распространение так называемые прерывистые ленточные фундаменты под стены. В таких фундаментах верхняя часть, выкладываемая из блоков, образует непрерывную стенку-ленту, а нижняя образуется из блоков-подушек, укладываемых с некоторыми промежутками. Рассматривая конструкции сборных фундаментов, можно установить, что для их устройства необходимо два основных типа сборных элементов: