Расчет фундаментов мелкого заложения

Суглинки, глины, а также крупнообломоч­ные грунты с пылевато-глинистым заполни­телем при показателе текучести грунта или заполнителя 45=0,25 То же, при 4

Не зависит от df

Не менее df То же »

Не зависит от df

Не менее df »

Не менее 0,5df

Глубина заложения внутренних фундаментов отапливаемых зда­ний назначается независимо от глубины промерзания, если во время строительства и эксплуатации возле фундаментов исключено про­

мерзание грунтов. В неотапливаемых зданиях глубина заложения фундаментов для пучинистых грунтов принимается не менее расчет­ной глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта

где :— коэффициент, учитывающий влияние теплового режима

сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отаплива­емых сооружений по табл. 10.2, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений — равным 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой, для кото­рых расчетная глубина промерзания грунта определяется по тепло­техническим расчетам; df„ — нормативная глубина сезонного про­мерзания грунта, м.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанав­ливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью. За dfn принимают среднюю из ежегодных максимальных глубин сезон­ного промерзания. При отсутствии данных многолетних наблюде­ний нормативную глубину сезонного промерзания грунтов опреде­ляют на основе теплотехнических расчетов или в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01 — 83.

Таблица 10.2. Значения коэффициента к/, .

"Коэффициент kh при расчетной среднеме­сячной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °С

Расчет фундаментов мелкого заложения необходим для уточнения его геометрических размеров и выбора разновидности фундамента. Он сводится к расчету трех факторов: величины давления здания на грунт, силы давления грунта в результате морозного пучения и определение прочности рамы фундамента.

Нагрузка здания – это совокупность передаваемых нагрузок, в упрощенном расчете – масса всего строения, распределенная на 1 м 2 нижней плоскости фундамента. Сила деформации пучения определяется по справочным данным для конкретного типа грунта. Прочность рамы зависит от геометрии фундамента и применяемой арматуры.

Расчет нагрузки здания

Для того чтобы вычислить массу здания, необходимо иметь проект, учитывающий размеры строения, материалы, конструкцию и прочие его особенности. Расчет нагрузки на фундамент ведется с учетом зимней снеговой нагрузки. Способ расчета прост: вычисляют массы отдельных конструктивных частей строения, суммируют их и делят на площадь подошвы фундамента. Определяют для данного типа грунта удельное расчетное сопротивление грунта R­₀ и сопоставляют его с полученным значением удельной нагрузки N. Если R­₀ < N, пересматривают размеры или форму фундамента: выполняют его с широкой подошвой, с расширением книзу или увеличивают его ширину.

Пример расчета: кирпичный одноэтажный дом 10х8 м, со стенами из полнотелого красного кирпича шириной в 0,4 метра, с железобетонным перекрытием пола и деревянными перекрытиями потолка. Крыша – двускатная, крытая профнастилом. Постройка планируется на тяжелой суглинистой почве, регион – Москва.

По приведенной методике расчета нагрузка N = 23 т/м 2 .

Морозное пучение и выбор типа мелкозаглубленного фундамента

Понятие «пучинистые грунты» многих ставит в тупик. Попробуем разобраться, что это такое. Различные грунты обладают разной способностью накапливать влагу. Крупнозернистый песок, скальные породы не задерживают воду, а глины, наоборот, связывают ее, становятся пластичными и долго остаются влажными. Вода при замерзании расширяется, при этом грунт, содержащий много влаги, увеличивается в размерах. Это явление получило название «морозное пучение».

В зависимости от состава и размера частиц грунты можно разделить на 5 групп – они приведены в таблице 1.

В зависимости от группы грунта выбирают конструкцию мелкозаглубленного фундамента по рисунку и определяют его габаритные размеры, глубину заложения и высоту подсыпки. Вычисляют площадь нижнего основания фундамента A_f.

По данным таблицы и рисунку выбираем группу фундаментов, соответствующую типу грунта III «тяжелые суглинки». Это фундамент, не заглубленный в грунт, на песчано-гравийной подсыпке. Ширина фундамента – 0,4 м; высота – 0,7 м; толщина подсыпки – 0,5 м.

Методика расчета деформаций

Расчет проводят по двум условиям:

• расчетная величина деформации пучения не превышает допустимой предельной деформации;
• относительная деформация грунта с учетом нагрузки не превышает предельной относительной для конкретного типа строения.

Предельные деформации для конкретного типа строения определяют по таблице 2.

Чтобы определить указанные величины деформаций для конкретного строения, нужно произвести ряд сложных расчетов.

Деформацию пучения вычисляют по формуле

В этой формуле N – удельное давление всего строения на грунт, оно вычисляется по отдельной методике и выражается в тоннах на 1 м 2 .

Коэффициент b зависит от соотношения толщины подсыпки к ширине основания, он определяется по таблице 3.

Величина P_r – на подошву от пучинистого грунта, для ленточного фундамента оно вычисляется по формуле:

Показатель b – ширина ленты фундамента, а s_s – сопротивление промерзшего грунта, его можно найти в СНиП 2.02.01-83.

Мощность слоя грунта, подверженного вспучиванию под фундаментом d_z определяется как d_z = d_f – d – h_п, где d_f – средняя глубина промерзания, определенная по таблице 4, а величины d и h_П – высота фундамента и толщина подсыпки, в метрах.

Таблица 4 – Средняя глубина промерзания грунта по регионам

После расчета мощности слоя грунта d_z определяют по графикам коэффициент условий работы промерзающего грунта k_a определяемый по графикам в зависимости от величины d_z и значения площади подошвы фундамента A_f на единицу его длины.

Деформацию пучения ненагруженного основания h_fi находят по формуле из таблицы 5, соответствующей типу выбранного фундамента и его геометрическим размерам: глубины заложения фундамента d и толщины подушки h_п.

Таблица 5 – Расчетные формулы для различных типов грунтов

1. 1. Определяем мощность промерзающего слоя пучинистого грунта d_z = d_f – d – h_п. Расчетная глубина промерзания d_f для Москвы по таблице 4 равна 1,4 м. d_z = 1,4-0,7-0,5=0,2 м.
   2. Определяем удельную площадь фундамента на метр его длины, при ширине фундамента 0,4 м площадь равна 0,4 м 2 .
   3. По рисунку определяем коэффициент k_a, он равен 0,56.
   4. Находим по СНиП 2.02.01-83 показатель σ_s – 64.
   5. Определяем по формуле т/м 2 .
   6. Находим по формуле м
   7. Находим коэффициент b по таблице 3 для фундамента ленточного типа: для выбранного соотношения толщины подсыпки к ширине основания 0,5/0,4=1,25 он равен фундамента 0,88.
   8. Нагрузка здания, согласно расчетам, равна 23 т/м 2 .
   9. Определяем м = 0,1 см.

   Относительную деформацию пучения с учетом жесткости рамы строения находят по формуле

   
   

   Показатель w, находящийся в зависимости от коэффициента гибкости конструкций строения l по ВСН 29-85, определяют по приведенному графику.

   
   

   Dh_fp– разность деформаций пучения при максимуме и минимуме предзимней влажности грунта.

   L – длина стены строения, м.

   1. • Определяем по методике ВСН 29-85 значение показателя гибкости конструкций строения l – 0,55.
      • Определяем по графику значение показателя w – 0,03.
      • Определяем разность деформаций пучения по методике ВСН 29-85. Dh_fp = 0,0022 м.
      • Длина стен строения равна 10 и 8 м.
      • Относительная деформация с учетом жесткости рамы для длинной стены м.
      • Для короткой стены м
      • Допустимое значение по таблице 2 – 0,0005 м. Условие выполняется.

   Если в результате расчета окажется, что условия не выполняются, необходимо увеличить расчетную толщину подушки или площадь фундамента, изменив ширину основания.

   Основные размеры фундаментов мелкого заложения (глубина и размеры подошвы) в большинстве случаев определяются исходя из расчета оснований по деформациям, который включает:

   • – подсчет нагрузок на фундамент;
   • – оценку инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки строительства; определение нормативных и расчетных значений характеристик грунтов;
   • – выбор глубины заложения фундамента;
   • – назначение предварительных размеров подошвы по конструктивным соображениям или исходя из условия, чтобы среднее давление на основание равнялось расчетному сопротивлению грунта, приведенному в табл. 5.13;
   • – вычисление расчетного сопротивления грунта основания R по формуле (5.29), изменение в случае необходимости размеров фундамента с тем, чтобы обеспечивалось условие p ≤ R ; в случае внецентренной нагрузки на фундамент, кроме того, проверку краевых давлений;
   • – при наличии слабого подстилающего слоя проверку соблюдения условия (5.35);
   • – вычисление осадок основания и проверку соблюдения неравенства (5.28); при необходимости корректировку размеров фундаментов.

   В случаях, оговоренных в п. 5.1, выполняется расчет основания по несущей способности. После этого производятся расчет и конструирование самого фундамента.

   А. ЦЕНТРАЛЬНО НАГРУЖЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

   Определение размеров подошвы фундамента по заданному значению расчетного сопротивления грунта основания. Обычно вертикальная нагрузка на фундамент N₀ задается на уровне его обреза, который чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Тогда суммарное давление на основание на уровне подошвы фундамента будет:

   
   

   p = N₀/A + d,

   
   

   (5.39)

   
   

   где — среднее значение удельного веса фундамента и грунта на его обрезах, принимаемое обычно равным 20 кН/м 3 ; d и А — глубина заложения и площадь подошвы фундамента.

   Если принять p = R , получим следующую формулу для определения необходимой площади подошвы фундамента:

   
   

   A = N₀/(R – d).

   
   

   (5.40)

   Задавшись соотношением сторон подошвы фундамента η = l/b , получим:

   
   

   b 2 = N₀/[η(R – d)].

   
   

   (5.41)

   Зная размеры фундамента, вычисляют его объем и вес N_f , а также вес грунта на его обрезах N_g и проверяют давление по подошве:

   
   

   (5.42)

   Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания. Как видно из формулы (5.29), расчетное сопротивление грунта основания зависит от неизвестных при проектировании размеров фундамента (глубины его заложения d и размеров в плане b×l ), поэтому обычно эти размеры определяются методом последовательных приближений. В качестве первого приближения принимают размеры фундамента по конструктивным соображениям или из условия (5.41), т.е. принимая R = R₀ .

   Однако необходимые размеры подошвы фундамента можно определить за один прием. Из формулы (5.41)

   
   

   ηb 2 (R – d) – N₀ = 0 ,

   а с учетом формулы (5.29) при b < 10 м (когда k_z = 1)

   
   

   .

   
   

   (5.43)

   Уравнение (5.43) приводится к виду:

   для ленточного фундамента

   
   

   (5.44)

   для прямоугольного фундамента

   
   

   (5.45)

   
   

   ;

   
   

   ;

   Решение квадратного уравнения (5.44) производится обычным способом, а уравнения (5.45) — методом последовательного приближения или по стандартной программе.

   После вычисления значения b с учетом модульности и унификации конструкций принимают размеры фундамента и проверяют давление по его подошве по формуле (5.42).

   Пример 5.7. Определить ширину ленточного фундамента здания жесткой конструктивной схемы без подвала ( d_b = 0). Отношение L/H = 1,5. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Нагрузка на фундамент на уровне планировки n₀ = 900 кН/м. Грунт — глина с характеристиками, полученными при непосредственных испытаниях: φ_II = 18°, c_II = 40 кПа, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , I_L = 0,45.

   Решение. по табл. 5.10 имеем: γ_с1 = 1,2 и γ_с2 = 1,1; по табл. 5.11 при φ_II = 18°; М_γ = 0,43; М_q = 2,73; М_c = 5,31. Поскольку характеристики грунта приняты по испытаниям, k = 1.

   Для определения ширины фундамента b предварительно вычисляем:

   
   

   ;

   a₁ = 1,2·1,1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2 = 370,1.

   Подставляя эти значения в формулу (5.44), получаем 10,22 b 2 + 370,1 b – 900 = 0, откуда

   
   

   м.

   Принимаем b = 2,4 м.

   Пример 5.8. Определить размеры столбчатого фундамента здания гибкой конструктивной схемы ( γ_с2 = 1). Соотношение сторон фундамента η = l/b = 1,5, нагрузка на него составляет: N₀ = 4 МН = 4000 кН. Грунтовые условия и глубина заложения те же, что и в предыдущем примере.

   Решение. Вычисляем:

   a₀η = 1,2 · 1 · 0,43 · 18 · 1,5 = 13,93;

   a₁η = [1,2 · 1(2,73 · 2 · 18 + 5,31 · 40) – 20 · 2] 1,5 = 499,22.

   Затем, подставляя в уравнение (5.45) полученные величины (13,93 b 3 + 499,22 b 2 – 4000 = 0) и решая его по стандартной программе, находим b = 2,46 м, тогда l = 1,5 b = 3,7 м.

   Принимаем фундамент с размерами подошвы 2,5×3,7 м.

   Определение размеров подошвы фундамента при наличии слабого подстилающего слоя. При наличии в пределах сжимаемой толщи основания (на глубине z от подошвы фундамента) слоя грунта с худшими прочностными свойствами, чем у лежащего выше грунта, размеры фундамента необходимо назначать такими, чтобы обеспечивалось условие (5.35). Это условие сводится к определению суммарного вертикального напряжения от внешней нагрузки и от собственного веса лежащих выше слоев грунта ( σ_z = σ_zp + σ_zg ) и сравнению этого напряжения с расчетным сопротивлением слабого подстилающего грунта R применительно к условному фундаменту, подошва которого расположена на кровле слабого грунта.

   Пример 5.9. Определить размеры столбчатого фундамента при следующих инженерно-геологических условиях (см. рис. 5.24). На площадке от поверхности до глубины 3,8 м залегают песни крупные средней плотности маловлажные, подстилаемые суглинками. Характеристики грунтов по данным испытаний: для песка φ_II = 38°, с_II = 0, γ_II = γ´_II = 18 кН/м 3 , E = 40 МПа; для суглинков φ_II = 19°, с_II = 11 кПа, γ_II = 17 кН/м 3 , E = 17 МПа. Здание — с гибкой конструктивной схемой без подвала ( d_b = 0). Вертикальная нагрузка на фундамент на уровне поверхности грунта N₀ = 4,7 MH. Глубина заложения фундамента d = 2 м. Предварительные размеры подошвы фундамента примяты исходя из R = 300 кПа (табл. 5.13) равными 3×3 м.

   Решение. по формуле (5.29) с учетом табл. 5.11 и 5.12 получаем;

   
   

   кПа.

   Для определения дополнительного вертикального напряжения от внешней нагрузки на кровле слабого грунта предварительно находим:

   среднее давление под подошвой

   
   

   p = N₀/b 2 + d = 4,7 · 10 3 /3 2 + 20 · 2 = 520 + 40 = 560 кПа;

   дополнительное давление на уровне подошвы

   p₀ = p – γ´_IId = 560 – 18 · 2 = 524 кПа.

   По табл. 5.4 при ζ = 2z/b = 2 · 1,8/3 = 1,2 коэффициент α = 0,606. Тогда дополнительное вертикальное напряжение па кровле слабого слоя от нагрузки на фундамент будет:

   σ_z = р₀α = 524 · 0,606 = 317 МПа.

   Ширина условного фундамента составит:

   
   

   м.

   Для условного фундамента на глубине z = 1,8 м при γ_c1 = γ_c2 = k = 1 расчетное сопротивление суглинков по формуле (5.29) будет:

   R_z = 0,47 · 4 · 17 + 2,88 · 3,8 · 18 + 5,48 · 11 = 30 + 196 + 60 = 286 кПа.

   Вертикальное нормальное напряжение от собственного веса грунта на глубине z = 3,8 м

   σ_zg = 18 · 3,8 = 62 кПа.

   Проверяем условие (5.35):

   315 + 62 = 377 > R_z = 286 кПа,

   т.е. условие (5.35) не удовлетворяется и требуется увеличить размеры фундамента. Расчет показал, что в данном случае необходимо принять b = 3,9 м.

   Проектирование оснований является неотъемлемой составной частью проектирования сооружений в целом. Статическая схема сооружения, его конструктивное и объемно-планировочное решение, плановая и высотная привязка должны приниматься с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и технически возможных решений фундаментов.

   Проектирование оснований включает обоснованный расчетом выбор типа оснований (естественное или искусственное), а также конструкции, материала и размеров фундаментов (мелкого или глубокого заложения; ленточные, плитные, столбчатые; железобетонные, бетонные, бутобетонные и др.) с применением в случае необходимости строительных или конструктивных мероприятий для уменьшения влияния деформаций оснований на эксплуатационную пригодность сооружений [4].

   Основания рассчитывают по двум группам предельных состояний:

   • – по первой группе — по несущей способности;
   • – по второй группе — по деформациям (по осадкам, прогибам, подъемам и пр.).

   В расчетах оснований следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние на физико-механические свойства грунтов атмосферных или подземных вод, тепловых источников различного вида, климатических воздействий и т.п.). Необходимо иметь в виду, что к изменению влажности особенно чувствительны просадочные, набухающие и засоленные грунты, к изменению температурного режима — набухающие и пучинистые грунты.

   Расчет оснований по деформациям должен выполняться всегда, расчет по несущей способности выполняется в следующих случаях:

   а) на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и т.п.), в том числе сейсмические;

   б) фундамент или сооружение расположены на откосе или вблизи откоса;

   в) основание сложено медленно уплотняющимися водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами (заторфованными, торфами и сапропелями), а также илами при степени их влажности S_r ≥ 0,85 и коэффициенте консолидации с_v ≤ 107 см 2 /год;

   г) основание сложено скальными грунтами.

   Расчет оснований по несущей способности в случаях «а» и «б» можно не производить, если приняты конструктивные мероприятия, исключающие возможность смещения рассматриваемого фундамента.

   Если проектом предусматривается возведение сооружения непосредственно после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлованов, необходимо проверить несущую способность основания с учетом нагрузок, действующих в процессе строительства.

   Расчет по первому предельному состоянию производится для обеспечения несущей способности (прочности и устойчивости) и ограничения развития чрезмерных пластических деформаций грунта основания с учетом возможных неблагоприятных воздействий и условий их работы в период строительства и эксплуатации сооружений; по второму предельному состоянию — для ограничения абсолютных или относительных перемещений (в том числе колебаний) конструкций и оснований такими пределами, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация сооружения.

   Сооружение и его основание должны рассматриваться как единое целое. О предельном состоянии основания можно говорить лишь в том случае, если все сооружение или отдельные его элементы находятся в предельном состоянии.

   При проектировании необходимо учитывать, что потеря несущей способности основания, как правило, приводит конструкции сооружения в предельное состояние первой группы. При этом предельные состояния основания и конструкций сооружения совпадают, Деформации же основания могут привести конструкции сооружения в предельное состояние как второй, так и первой группы, поэтому деформации основания лимитируются как прочностью, устойчивостью и трещиностойкостью конструкций, так и архитектурными и технологическими требованиями, предъявляемыми к сооружению или размещенному в нем оборудованию.

   Расчетная схема системы «сооружение-основание» или «фундамент-основание», представляющая собой совокупность упрощающих предположений относительно геометрической схемы конструкции, свойств материалов и грунтов, характера взаимодействия конструкции с основанием (включая схематизацию возможных предельных состояний), должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, характера напластований и свойств грунтов основания, особенностей возведения сооружения и т.д.). В необходимых случаях должны учитываться пространственная работа конструкций, геометрическая и физическая нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, а также возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения.

   Для расчета деформаций основания чаще всего используются расчетные схемы основания в виде линейно-деформируемого полупространства или линейно-деформируемого слоя.

   При использовании схемы полупространства для расчета осадок глубина сжимаемой толщи основания H_с ограничивается значениями, зависящими от соотношения дополнительных вертикальных нормальных напряжений от внешней нагрузки σ_zp и от собственного веса грунта σ_zg .

   Расчетная схема основания в виде линейно-деформируемого слоя применяется в следующих случаях [4]:

   – ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е ≥ 10 МПа;

   – в пределах сжимаемой толщи основания H_c , определенной как для линейно-деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации E₁ ≥ 100 МПа и толщиной h₁ удовлетворяющей условию

   
   

   
   

   (5.1)

   где Е₂ — модуль деформации грунта, подстилающего слой грунта с модулем деформации E₁ .

   Толщина линейно-деформируемого слоя Н в первом случае вычисляется по формуле (5.62) , во втором случае принимается до кровли малосжимаемого грунта.

   Схему в виде линейно-деформируемого слоя допускается также применять для фундаментов шириной b ≥ 10 м при наличии в пределах сжимаемой толщи слоев грунта с модулем деформации E < 10 МПа, если их суммарная толщина не превышает 0,2 Н .

   При расчете деформаций основания с использованием расчетных схем основания в виде линейно-деформируемой среды давление под подошвой фундамента ограничивается в соответствии с указаниями п. 5.5.2.

   Для расчета конструкций на сжимаемом основании могут применяться схемы, характеризуемые коэффициентом постели или коэффициентом жесткости. Под коэффициентом жесткости понимается отношение нагрузки, действующей на основание, к его расчетной осадке. Такая характеристика сжимаемости основания целесообразна при необходимости учета неоднородности грунтов основания (в том числе вызванной неравномерным замачиванием просадочных грунтов), при расчете конструкций на подрабатываемых территориях и т.д.

   В расчетах конструкций пространственно жестких сооружений во взаимодействии со сжимаемым основанием, особенно при значительных ожидаемых неравномерных деформациях основания, рекомендуется учитывать нелинейность деформирования грунтов. При этом допускается использовать упрощенные методы, в которых, в частности, фундаменты сооружения рассматриваются как отдельные нелинейно-деформирующиеся опоры. Зависимость осадки основания таких опор от давления p рекомендуется принимать в виде [2]

   ,

   
   

   (5.2)

   где s_R — расчетная осадка основания при давлении p₁ , равном расчетному сопротивлению грунта основания; p_u — давление на основание, соответствующее исчерпанию его несущей способности.

   Расчет сооружений во взаимодействии с нелинейно-деформирующимся основанием выполняется с применением ЭВМ.

   Развитие деформаций грунтов основания во времени (консолидационное уплотнение, ползучесть), а также анизотропию прочностных и деформационных характеристик грунтов следует учитывать, как правило, при расчете оснований, сложенных водонасыщенными пылевато-глинистыми и биогенными грунтами, а также илами. Для одного и того же сооружения расчетная схема может меняться в зависимости от вида предельного состояния, цели расчета, вида учитываемых воздействий, разработанности методов расчета и т.д.

   Пример 5.1. Каркасно-панельное здание повышенной этажности, проектируемое на площадке, где в верхней зоне основания залегают пылеватые пески и суглинки с модулем деформации E = 15—20 МПа, подстилаемые известняками с модулем деформации E = 120 МПа, имеет фундамент в виде коробчатой железобетонной плиты (рис. 5.1, а).

   
   

   При расчете несущих конструкций здания на ветровые нагрузки в качестве расчетной схемы в данном случае принимается многоэтажная рама с жесткой заделкой стоек в уровне верха фундаментной плиты. Для определения усилий в конструкции фундаментной плиты расчетная схема принимается в виде плиты конечной жесткости на линейно-деформируемом слое. При вычислении крена здания жесткость плиты можно принять бесконечно большой. При определении средней осадки основания, а также при расчете его несущей способности допускается пренебречь жесткостью плиты и считать давление на основание распределенное по линейному закону.

   Для расчета конструкций протяженного крупнопанельного жилого дома, имеющего в основании напластование грунтов с ярко выраженной неравномерной сжимаемостью (рис. 5.1, б), целесообразно принять расчетную схему в виде равномерно загруженной балки конечной жесткости на основании с переменным коэффициентом жесткости.

   Расчет фундамента мелкого заложения начинают с предварительного выбора его конструкции и основных размеров, к которым относятся глубина заложения фундамента, размеры и форма подошвы. Затем для принятых размеров фундамента производят расчеты основания по предельным состояниям.

   Вследствие причин, рассмотренных в гл. 9, расчет по второй группе предельных состояний (по деформациям основания) является основным и обязательным для всех фундаментов мелкого заложения. Расчет по первой группе предельных состояний (по несущей способности основания) является дополнительным и производится в одном из следующих случаев: сооружение расположено на откосе или вблизи него; на основание передаются значительные горизонтальные нагрузки; основание сложено слабыми грунтами, обладающими малым сопротивлением сдвигу, или, напротив, представлено скальными грунтами. В первых двух случаях расчет по первой группе предельных состояний не производят, если конструктивными мероприятиями обеспечена невозможность смещения проектируемого фундамента.

   Установив окончательные размеры фундамента, удовлетворяющие двум группам предельных состояний, переходят к его конструированию. Расчет фундамента как железобетонной конструкции рассматривается в соответствующем курсе, здесь же отметим, что соблюдение правил конструирования массивных и сборных гибких фундаментов позволяет исключить проверку их на прочность и трещиностойкость.

   Определение глубины заложения фундамента. Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше объем затрачиваемого материала и ниже стоимость его возведения, поэтому естественно стремление принять глубину заложения как можно меньшей. Однако в силу того, что верхние слои грунта не всегда обладают необходимой несущей способностью или же конструктивные особенности сооружения требуют его заглубления, при выборе глубины заложения фундамента приходится руководствоваться целым рядом факторов, основными из которых являются инженерно-геологические и гидрогеологические условия строительной площадки, глубина сезонного промерзания грунтов, конструктивные особенности возводимого сооружения, включая глубину прокладки подземных коммуникаций, наличие и глубину заложения соседних фундаментов.

   Инженерно-геологические условия строительной площадки. Учет инженерно-геологических условий строительной площадки заключается главным образом в выборе несущего слоя грунта, который может служить естественным основанием для фундаментов. Этот выбор производится на основе предварительной оценки прочности и сжимаемости грунтов по геологическим разрезам. Несмотря на то что каждая площадка обладает сугубо индивидуальным геологическим строением, все многообразие напластований можно, следуя Б. И. Далматову, представить в виде трех схем, показанных на рис. 10.10.

   
   

   Схема I. Площадка сложена одним или несколькими слоями прочных грунтов, при этом строительные свойства каждого последующего слоя не хуже свойств предыдущего. В этом случае глубина заложения фундамента принимается минимальной, допускаемой при учете сезонного промерзания грунтов и конструктивных особенностей сооружения (рис. 10.10, а). Иногда за несущий принимают слой более плотного грунта, залегающий на некоторой глубине, если это решение экономичнее (рис. 10.10, б).

   Схема II. С поверхности площадка сложена одним или несколькими слоями слабых грунтов, ниже которых располагается толща прочных грунтов. Здесь возможны следующие решения. Можно прорезать слабые грунты и опереть фундамент на прочные, как это показано на рис. 10.10, в. С другой стороны, может оказаться более выгодным прибегнуть к укреплению слабых грунтов или замене их песчаной подушкой (рис. 10.10, г). Если же мощность слабого слоя окажется чрезмерно большой, то рекомендуется перейти на свайные фундаменты (рис. 10.10, д).

   Схема III. С поверхности площадки залегают прочные грунты, а на некоторой глубине встречается один или несколько слоев слабого грунта. В данной ситуации возможно принять решение по схеме II, но так как при этом придется прорезать толщу прочных грунтов, то более выгодным может оказаться или использование прочного грунта в качестве распределительной подушки (при обязательной проверке прочности слабого подстилающего слоя), как это показано на рис. 10.10, е, или закрепление слоя слабого грунта, как это показано на рис. 10.10, ж, что позволит существенно уменьшить размер подошвы фундамента.

   При выборе типа и глубины заложения фундамента по любой из рассмотренных схем придерживаются следующих общих правил:

   минимальная глубина заложения фундаментов принимается не менее 0,5 м от спланированной поверхности территории;

   глубина заложения фундамента в несущий слой грунта должна быть не менее 10. Г5 см; по возможности закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ;

   в слоистых основаниях все фундаменты предпочтительно возводить на одном грунте или на грунтах с близкой прочностью и сжимаемостью. Если это условие невыполнимо (основания с выкликивающими или несогласно залегающими пластами), то размеры фундаментов выбираются главным образом из условия выравнивания их осадок.

   Глубина сезонного промерзания грунтов. Глубина заложения фундамента из условия промерзания грунтов назначается в зависимости от их вида, состояния, начальной влажности и уровня подземных вод в период промерзания. Проблема состоит в том, что промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев, расположенных ниже уровня подземных вод. Это приводит к возникновению сил пучения по подошве фундамента, которые могут вызвать подъем сооружения. Последующее оттаивание таких грунтов приводит к резкому снижению их несущей способности и просадкам сооружения.

   Наибольшему пучению подвержены грунты, содержащие пылеватые и глинистые частицы. Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности относятся к непучинистым грунтам, глубина заложения фундаментов в них не зависит от глубины промерзания в любых условиях.

   Практикой установлено, что, если уровень подземных вод во время промерзания находится от спланированной отметки земли на глубине, равной расчетной глубине промерзания плюс 2 м (что связано с высотой капиллярного поднятия подземных вод), в песках мелких и пылеватых с любой влажностью и в супесях твердой консистенции глубина заложения фундаментов наружных стен и колонн назначается без учета промерзания грунта. Во всех остальных грунтовых условиях глубина заложения наружных фундаментов назначается не менее расчетной глубины промерзания. Исключение составляют площадки, сложенные суглинками, глинами, а также крупнообломочными грунтами с глинистым заполнителем при показателе текучести глинистого грунта или заполнителя I_L < 0,25. В этих условиях глубину заложения фундаментов можно назначать не менее 0,5 расчетной глубины промерзания от спланированной отметки земли.

   Для удобства практического использования изложенные сведения представлены в табл. 10.1.

   Таблица 10.1. Глубина заложения фундамента d в зависимости от расчетной глубины промерзания

   Грунты под подошвой фундамента

   Глубина заложения фундамента при глубине поверхности подземных вод d_w, м

   d_w  d_f + 2

   d_w > d_f + 2

   Скальные крупноблочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности

   Не зависят от d_f

   Не зависят от d_f

   Пески мелкие и пылеватые

   Не менее d_f

   Супеси с показателем текучести I_L < 0

   Супеси с показателем текучести I_L  0

   Не менее d_f

   Суглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя I_L  0,25

   Не менее 0,5d_f

   Глубина заложения внутренних фундаментов отапливаемых зданий назначается независимо от глубины промерзания, если во время строительства и эксплуатации возле фундаментов исключено промерзание грунтов. В неотапливаемых зданиях глубина заложения фундаментов для пучинистых грунтов принимается не менее расчетной глубины промерзания.

   Расчетная глубина сезонного промерзания грунта

   d_f = k_h d_fn

   где k_h - коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений по табл. 10.2, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений—равным 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой, для которых расчетная глубина промерзания грунта определяется по теплотехническим расчетам; d_fn — нормативная глубина сезонного промерзания грунта,м.

   Нормативная глубина сезонного промерзания грунта устанавливается по данным многолетних наблюдений (не менее 10 лет) за фактическим промерзанием грунтов в районе предполагаемого строительства под открытой, лишенной снега поверхностью. За d_fn , принимают среднюю из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания. При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов определяют на основе теплотехнических расчетов или в соответствии с рекомендациями СНиП 2.02.01 — 83.

   Таблица 10.2. Значения коэффициента k_h

   Коэффициент k_h при расчетной среднемесячной температуре воздуха в помещение примыкающем к наружным фундаментам 0 C

   Читайте также:

     
   • Полимерный камень для бетонных полов шервин вильямс
     
   • Шпаклевка на картон ложится
     
   • Как снять замок боковой двери т5
     
   • Гост 26633 91 бетоны тяжелые и мелкозернистые технические условия
     
   • Гринлайн светлые дубы линолеум