В элеваторе, используемом для хранения зерна, масса продукта может быть в 3 раза больше собственной массы самого здания.
Следовательно, требуется прочный фундамент, стоимость которого чрезвычайно высока по сравнению со стоимостью самого здания.
Очень важно состояние грунта. Грунты так разнообразны, что нельзя построить ни одного элеватора без детального изучения грунта. Бурение грунта часто считается излишней тратой денег, но в конечном итоге эти работы окупаются.
Зная свойства грунта и его несущую способность, инженер может спроектировать наиболее экономичный фундамент для здания. Бурение грунта поможет выявить зоны возможной осадки, которая может повлиять на сооружение в такой степени, что будет необходимо ввести специальные поправки в проект.
Если данная территория пригодна для строительства, приступают к укладке фундамента. В зависимости от требующейся несущей способности фундамент сооружают как одно целое, групповой или из фундаментных плит, покрывающих всю поверхность. Если более глубокие слои грунта недостаточно прочны, потребуется свайный фундамент. Кроме того, имеются сложные системы уплотнения грунта, которые делают необходимым использование специальных методов и оборудования. Такие работы выполняются специализированными фирмами.
Свайные фундаменты сооружаются с использованием готовых свай и свай, формуемых на месте.
Готовые бетонные сваи в сравнении с формуемыми на месте имеют следующие недостатки:
- они могут быть слишком короткими или слишком длинными;
- необходим продолжительный период времени перед тем, как их можно забить в грунт;
- их необходимо забивать глубже для того, чтобы гарантировать достаточную несущую способность.
Готовые сваи обычно имеют квадратное поперечное сечение. Арматура состоит из продольных стержней и поперечных распорок. У основания свая заканчивается металлическим наконечником, который приваривается к арматурным стержням. Продольное армирование имеет целью предохранить сваю от разрушения при транспортировке на место, и оно же воспринимает удары при забивке сваи.
Перед забивкой в грунт на свае монтируют оголовок из свинца или твердой древесины. После забивки сваи подрезают так, чтобы верхние концы всех свай располагались на одном уровне. Выступающие концы арматурных стержней образуют арматуру бетонного фундамента.
Сваи, формуемые в грунте, в сравнении с забиваемыми сваями значительно улучшают использование несущей способности грунта, что обусловлено:
- значительно уплотненным, расширенным фундаментом, объем которого можно менять произвольно;
- более или менее грубой поверхностью сваи;
- уплотнением грунта вокруг расширенного фундамента и вокруг колодца сваи.
При установке свай предусматривается определенная последовательность операций.
После установки питающей трубы в вертикальном положении в нее подается определенное количество жесткого бетона, и он трамбуется массой 2—5 т. Образованный таким путем нижний конец бетонного блока настолько прочно прижимается к внутренним стенкам трубы, что она вместе с бетоном осаживается в грунт. Бетон уплотняется так сильно, что ни влага, ни грунт не могут войти в трубу: когда уплотнение завершается, в грунте создается плотное и герметичное пространство, образованное трубой. Как только питающая труба будет забита достаточно глубоко или достигнет прочного основания, она понемногу вытягивается. Затем ударник частично расплющивает бетон у основания трубы, обеспечивая фундамент сваи; получают форму основания в виде большой дубинки, что придает свае чрезвычайно прочную опору.
Затем труба заполняется последовательными слоями бетона; трубу за каждое перемещение постепенно поднимают на 25—50 см. Баба молота, оказывая давление на бетон, направляет его в грунте в боковые стороны, при этом грунт всегда сжат, когда питающая труба продвигается вниз. Процесс уплотнения обеспечивает непосредственный контакт между бетоном и грунтом, и таким образом получается свая с достаточно шероховатой поверхностью (дополнительное поверхностное трение); свая опирается на расширенное основание, образуемое в твердом слое грунта. Для свай, подвергаемых боковому давлению или разрывным напряжениям, внутрь трубы устанавливают армированную корзину. Такая корзина состоит, по меньшей мере, из 6 вертикальных стержней, соединяемых между собой спирально навитой вязальной проволокой. Наружный диаметр корзины зависит от диаметра питающей трубы.
Несущая способность сваи зависит от ее диаметра. Нагрузку, которую может воспринимать такая свая, определяют после консультации со специалистами, при этом учитывают следующие факторы: тип грунта, состояние соседних зданий, назначение конструкции и способ нагружения сваи. Как и в случае со сваями заводского изготовления, головка срезается до требуемого уровня, а верхние концы арматуры соединяются как одно целое с арматурной сеткой бетонного основания. Этот тип свай может быть использован для различных грунтов и при любых проблемах с фундаментами.
Уплотнение грунта на глубине применяют для улучшения несущей способности рыхлых, несвязанных грунтов. При увеличении плотности возрастает число небольших поверхностей контакта между одиночными частицами грунта, а с ним и число поверхностей трения. Это, в свою очередь, увеличивает внутреннее трение и препятствует свободному движению частиц. В результате повышается несущая способность, а сжимаемость и водопроницаемость почвы уменьшаются.
Повышенная несущая способность снижает стоимость фундамента. Более низкая сжимаемость приводит к меньшей осадке грунта; это особенно важно для мест, где большие нагрузки будут приходиться на нижние слои грунта.
Осадка вследствие неравномерной нагрузки фундамента также уменьшается.
Уплотнение грунта на глубине должно соответствовать следующим требованиям:
- должно быть постоянным и не снижаться по какой-либо причине;
- не должно повреждать окружающую территорию.
Практическая методика уплотнения грунта удовлетворяет этим требованиям, к тому же процесс сжатия можно постоянно регулировать, что гарантирует оптимальный результат. Установка для уплотнения грунта включает вибрирующий элемент и вибратор с регулируемой частотой.
Вибрирующий элемент состоит из вертикальной стальной трубы с радиальными лопастями, форма которых может быть изменена в соответствии с типом и массой песка. На нижнем конце трубы установлено сопло, а между лопастями в стене трубы просверлены отверстия. В эти отверстия подается вода.
Вибратор и вибрирующий элемент поднимают с помощью крана. Вибрирующий элемент под собственной тяжестью входит в грунт на требуемую глубину, в то время как вода подается через сопло. Вода служит для улучшения подвижности песка. Эта процедура повторяется до тех пор, пока грунт не будет обработан на вею толщину. В тех зонах, где грунт не полностью пропитан водой, поверхностное напряжение снимается подачей воды через отверстия в боковой стенке трубы. После этого возможно оптимальное сжатие. Кроме того, горизонтальная подача воды уменьшает трение между грунтом и лопастями вибрирующего элемента.
Вибратор вызывает поперечные вибрации, которые передаются посредством лопастей в окружающий грунт с помощью усилий сдвига. Кинетическая энергия распространяется через частицы грунта вдоль горизонтальных и вертикальных линий. Высокая производительность вибратора означает, что одновременно обрабатывается существенная площадь. Расстояние между двумя зонами уплотнения, которые обычно располагаются на схеме треугольника, зависит от типа песка и необходимой степени уплотнения. Нормативным считается расстояние 2—3 м.
Обычно эффективность уплотнения проверяют с помощью зонда. Это позволяет быстро определять изменение плотности грунта, вызываемое уплотнением. Пробные нагрузки позволяют определить ожидаемую осадку, когда большие площади находятся под давлением. После достаточного уплотнения грунта заливается железобетонная плита толщиной 0,6—1 м. Благодаря ей нагрузка распределяется равномерно по всей поверхности. Одновременно плита служит основанием нижней части здания.