Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах

Обновлено: 25.04.2024

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И РАСЧЕТУ МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

Настоящие Рекомендации содержат основные положения по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов, возводимых на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах-основаниях с учетом восприятия деформаций морозного пучения. В них изложены методы выбора оптимальных конструктивных схем фундаментов в зависимости от степени пучинистости грунтов, методы расчета деформаций и сил морозного пучения грунтов, воздействующих на фундаменты, а также расчеты эксплуатационной надежности легких зданий с учетом жесткости их конструкций и назначения противопучинных мероприятий.

Рекомендации разработаны в лаборатории оснований и фундаментов на пучинистых грунтах НИИОСП докт. техн. наук В.О.Орловым совместно с канд. техн. наук В.С.Сажиным (ЦНИИЭПсельстрой Минсельстроя СССР) при участии докт. техн. наук М.Ф.Киселева, кандидатов техн. наук В.Г.Буданова, А.В.Садовского, А.Н.Скачко, инж. Р.В.Жабровой и В.Г.Морозова.

Рекомендации одобрены секцией "Фундаментостроение на мерзлых грунтах" научно-технического Совета НИИОСП и рекомендованы к изданию.

Рекомендации предназначены в качестве практического пособия при изысканиях, проектировании и строительстве малоэтажных зданий и сооружений и выпущены взамен "Руководства по проектированию мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах" (ЦНИИЭПсельстрой, М., 1982).

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших проблем в фундаментостроении является дальнейшее обоснование и разработка экономичных проектно-конструкторских решений по устройству оснований и фундаментов на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах.

Решение данной проблемы неразрывно связано с учетом и предупреждением воздействий морозного пучения грунтов основания на фундаменты и конструкции зданий и сооружений. Обоснованная оценка деформаций и сил морозного пучения грунтов, глубина заложения фундаментов, а также разработка противопучинных мероприятий и приспособление конструкций сооружений к работе в пучинистых грунтах - вот тот необходимый перечень основных задач, решение которых обеспечивает устойчивость, эксплуатационную надежность и долговечность сооружений.

Широко распространенным в практике строительства мероприятием, обеспечивающим устойчивость сооружений (зданий) на пучинистых грунтах, до настоящего времени является заложение фундаментов ниже расчетной глубины сезонного промерзания. Если для зданий I и II классов глубина заложения фундаментов, исходя из расчетного давления на основание, назначается, как правило, большей, чем глубина сезонного промерзания грунтов, то для малоэтажных легких зданий III класса глубина заложения фундаментов при расчете основания по двум группам предельных состояний может быть ограничена слоем сезоннопромерзающего грунта.

Настоящие Рекомендации разработаны с целью развития и дополнения к требованиям главы СНиП 2.02.01-83 [1], согласно которой глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании на данной площадке не нарушают эксплуатационную пригодность здания. При этом они направлены на снижение материалоемкости и стоимости малоэтажных зданий за счет применения так называемых малозаглубленных фундаментов с глубиной заложения в пределах слоя сезоннопромерзающего пучинистого грунта, а также за счет снижения объема работ нулевого цикла.

Предлагаемые расчеты и конструктивные решения предусматривают использование пучинистых грунтов основания по второй группе предельных состояний, т.е. по деформациям от морозного пучения, не превышающим величин, предельно допустимых для нормальной эксплуатации зданий.

Для реализации принципа расчета малозаглубленных фундаментов по деформациям пучения в Рекомендациях приводится методика, основанная на исследовании закономерностей деформаций и сил морозного пучения грунтов и совместной работы фундаментов и оснований.

Согласно этой методике при расчете деформаций морозного пучения учитываются как изменения физических свойств промерзающего грунта и соответственно величины его деформаций в зависимости от передаваемого на основание давления, так и характер изменения сил морозного пучения в результате перемещений фундамента до предельно допустимых величин. Кроме того, методика учитывает тип и размеры фундамента, жесткость конструкций зданий и т.п.

Выбор типа и конструкции фундамента, как и назначение противопучинных мероприятий должны решаться путем сравнения вариантов фундаментов на основе технико-экономического анализа с учетом конкретных условий строительства, включая геологические и гидрогеологические условия, обусловливающие степень пучинистости промерзающих грунтов.

В основу Рекомендаций положены обобщенные результаты многолетних экспериментальных исследований морозного пучения грунтов и его воздействий на сооружения с использованием передового опыта экспериментального строительства зданий на малозаглубленных фундаментах.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации разработаны в развитие главы СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" и предназначены для расчета, проектирования и устройства малозаглубленных фундаментов под одно- и двухэтажные жилые, общественные и промышленные здания (сооружения), преимущественно сельскохозяйственного назначения, возводимые на пучинистых грунтах-основаниях с нормативной глубиной сезонного промерзания грунтов до 1,7 м.

1.2. Настоящие Рекомендации допускается использовать в качестве практического пособия при нормативной глубине сезонного промерзания пучинистых грунтов более 1,7 м, если малозаглубленные фундаменты проектируются для экспериментального строительства.

1.3. Рекомендации предусматривают расчет и проектирование морозоопасных оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям), согласно которой рассчитываются как осадки основания, так и его деформации от морозного пучения грунта, промерзающего под фундаментом.

Расчет деформаций основания от внешней нагрузки, вызывающей осадки, просадки, горизонтальные перемещения, производится в соответствии с главой СНиП 2.02.01-83.

1.4. Деформации основания, вызванные пучением грунта под подошвой фундамента, не должны превышать предельно допустимые деформации, величина которых зависит от конструктивных особенностей зданий.

Расчет морозоопасного основания по деформациям включает обязательную проверку эксплуатационной надежности здания при действии на фундаменты касательных сил морозного пучения.

1.5. Основным требованием, ограничивающим возможность использования морозоопасных оснований по деформациям морозного пучения, является выбор строительной площадки с грунтами, однородными по составу в плане площадки и по глубине той части сезоннопромерзающего слоя, которая проектируется в качестве основания.

1.6. Проектированию зданий на пучинистых грунтах должны предшествовать обоснованные результаты инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий на участках строительства, способные обеспечить достоверный многолетний прогноз деформаций промерзающих грунтов основания и назначение необходимых противопучинных мероприятий. Материалы изысканий должны также содержать климатологические данные о районе строительства, включая нормативную глубину сезонного промерзания [1].

1.7. При проектировании оснований и фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусмотреть мероприятия, направленные на уменьшение деформаций конструкций зданий. Прочность и долголетняя эксплуатационная надежность зданий на пучинистых грунтах достигается использованием комплекса инженерно-мелиоративных (тепло- и гидромелиорация), строительно-конструктивных и физико-химических мероприятий, при назначении которых следует исходить из требований, приведенных в руководствах 3.

1.8. Настоящие Рекомендации содержат сведения по выявлению и расчету деформаций и сил морозного пучения грунтов.

В условиях возможного проведения в течение ряда лет полевых исследований пучинистых свойств промерзающих грунтов на площадках, близких к участкам застройки, следует учитывать рекомендации, приведенные в Руководстве [4]. При этом деформации морозного пучения грунтов определяются посредством инструментальных наблюдений за положением поверхностных и глубинных реперов (марок), а также пучиномеров согласно инструкциям, разрабатываемым ведомственными НИИ, и детального обследования территории застройки.

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Под малозаглубленным фундаментом на морозоопасном основании (естественном, искусственном, уплотненном и т.п.) понимается любой тип фундамента, глубина заложения которого не превышает нормативную глубину промерзания пучинистого грунта основания. При этом предусматривается, что вертикальная нагрузка от сооружения передается только на основание под подошвой фундамента.

2.2. Основания, подвергающиеся сезонному промерзанию-оттаиванию, должны проектироваться с учетом морозного пучения грунтов. Под морозным пучением понимается внутриобъемное деформирование промерзающих влажных почв, нескальных пород и грунтов, приводящее к увеличению их объема вследствие замерзания в них воды и образования ледяных включений в виде прослойков, линз, поликристаллов и т.п. При последующем оттаивании в этих грунтах протекает обратный процесс, сопровождающийся их осадкой, разуплотнением и снижением несущей способности. Таким образом, при проектировании зданий на малозаглубленных фундаментах необходимо учитывать сезонные знакопеременные деформации основания, проявляющиеся в виде подъема и оседания его поверхности.

Морозное пучение выражается, как правило, в неравномерном поднятии слоя промерзающего грунта, причем напряжения, возникающие в грунте при пучении, оказывают существенное воздействие на фундаменты и наземные конструкции зданий.

2.3. Характеристиками пучинистых грунтов являются:

величина (деформация) морозного пучения , представляющая собой высоту поднятия промерзшего грунта в данной точке;

интенсивность пучения , характеризующая пучение элементарного слоя промерзающего грунта;

относительное пучение (или коэффициент пучения) , определяемое по формуле

где - мощность слоя промерзающего грунта.

2.4. При назначении глубины заложения фундаментов, исходя из условия влияния морозного пучения на эксплуатационную надежность зданий, следует учитывать, что интенсивность этого процесса зависит от таких факторов, как дисперсность и плотность грунта, его влажность и глубина залегания подземных вод, температурный режим в период его промерзания и нагрузка, передаваемая на фундамент. В зависимости от указанных факторов все грунты подразделяются на пучинистые и непучинистые.

2.5. К пучинистым относятся все глинистые грунты, пески мелкие, пылеватые, а также крупнообломочные грунты, содержащие глинистый заполнитель в определенном количестве (см. п.2.7).

Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, не содержащие пылевато-глинистых фракций, считаются непучинистыми грунтами при любом уровне безнапорных подземных вод; при водонасыщении этих грунтов в условиях замкнутого объема они относятся к группе слабопучинистых грунтов.

2.6. По степени пучинистости все глинистые грунты подразделяются на пять групп (табл.1). Принадлежность глинистого грунта к одной из этих групп оценивается параметром , определяемым по формуле

где , , - расчетные значения влажности в слое сезонного промерзания грунта, соответствующие природной, на границах раскатывания и текучести, доли ед.; значение определяется по прил.1;

- критическая влажность, доли ед., ниже значения которой в промерзающем глинистом грунте прекращается перераспределение влаги, вызывающей морозное пучение; определяется по графику рис.1;

- безразмерный коэффициент, численно равный при открытой поверхности промерзающего грунта абсолютному значению средней зимней температуры воздуха, определяемой в соответствии с главой СНиП 2.01.01-82 "Строительная климатология и геофизика", а при отсутствии в ней данных для конкретного района строительства - по результатам наблюдений ближайшей гидрометеорологической станции.

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 23-01-99, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Классификация промерзающих глинистых грунтов по степени пучинистости

РУКОВОДСТВО
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

РЕКОМЕНДОВАНО к изданию секцией Ученого совета по фундаментостроению на мерзлых грунтах НИИОСП.

Руководство составлено по результатам теоретических и экспериментальных исследований деформаций и сил морозного пучения грунтов и материалам обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.

Предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Действие сил морозного пучения грунтов и выпучивания фундаментов ухудшает условия эксплуатации и укорачивает сроки службы зданий и сооружений, вызывает их повреждения и деформации конструктивных элементов, что приводит к большим ежегодным затратам на ремонт повреждений и наносит народному хозяйству значительный ущерб.

В настоящем Руководстве приведены проверенные в практике строительства инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные, тепловые и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также в кратком изложении даны указания по производству строительных работ по нулевому циклу и мероприятиям по предотвращению выпучивания незаглубляемых и малозаглубляемых фундаментов под малоэтажные каменные здания различного назначения и одноэтажные сборные деревянные дома в сельской местности.

Наиболее часто встречающиеся повреждения фундаментов и разрушения конструкций надфундаментного строения зданий и сооружений от морозного пучения обусловлены следующими факторами: а) составом грунтов в зоне сезонного промерзания и оттаивания; б) состоянием природной влажности грунтов и условиями их увлажнения; в) глубиной и скоростью сезонного промерзания грунтов; г) конструктивными особенностями фундаментов и надфундаментного строения; д) степенью теплового влияния отапливаемых зданий на глубину сезонного промерзания грунтов; е) эффективностью мероприятий, применяемых против воздействия сил морозного выпучивания фундаментов; ж) способами и условиями производства строительных работ по нулевому циклу; з) условиями эксплуатационного содержания зданий и сооружений. Чаще всего эти факторы воздействуют на фундаменты суммарно при различном их сочетании, и бывает трудно установить действительную причину повреждений в зданиях.

Как правило, результаты исследований взаимодействия промерзающего грунта с фундаментами, полученные по методу моделирования в лабораторных условиях, до сих пор не приносят позитивного эффекта при перенесении этих результатов в строительную практику, поэтому следует быть осмотрительнее с применением в природных условиях зависимостей, установленных в лаборатории.

При проектировании следует принимать в расчет результаты многолетних стационарных экспериментальных данных по исследованию взаимодействия промерзающего грунта с фундаментами в природных условиях, а не за одну зиму, так как климатические условия по отдельным годам с аномальными отклонениями не являются характерными для средней зимы данной местности.

Рекомендуемые в данном Руководстве противопучинные мероприятия могут применяться как для полного исключения деформаций от морозного выпучивания фундаментов, так и для частичного их снижения.

Инженерно-мелиоративные мероприятия в принципе являются коренными, поскольку они обеспечивают осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания грунтов и снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания. Это мероприятие возможно осуществить практически не для всех грунтовых и гидрогеологических условий, и тогда следует применять его только как уменьшающее деформацию грунта при промерзании в сочетании с другими мероприятиями.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены в основном на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа конструкций фундаментов, глубина их заложения в грунт, жесткости конструкций надфундаментного строения, величин нагрузки на фундаменты, заанкеривание фундаментов в грунтах, залегающих ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Рекомендуемые в Руководстве конструктивные мероприятия приведены только в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песчано-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даны рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов и местного опыта строительства.

Расчеты фундаментов на устойчивость под действием сил морозного выпучивания, а также расчеты по конструктивным мероприятиям не являются обязательными для всех конструкций, применяемых в фундаментостроении, поэтому нельзя считать эти мероприятия универсальными по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов во всех случаях.

Тепловые и химические мероприятия являются коренными как по полному исключению деформаций от морозного пучения, так и по снижению сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов. Они включают в себя применение рекомендуемых теплоизоляционных покрытий на поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта с фундаментом и снижающих касательные силы сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При обогреве грунт не будет иметь отрицательную температуру, что исключает его промерзание и морозное пучение.

При обработке грунта химическими реагентами, хотя грунт потом имеет отрицательную температуру, он не замерзает, поэтому также исключается промерзание и морозное пучение.

При назначении противопучинных мероприятий необходимо учитывать значимость зданий и сооружений, особенности технологических процессов производства и условия эксплуатационного режима, грунтовые и гидрогеологические условия, а также климатические характеристики данного района. При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах следует отдавать предпочтение таким мероприятиям, которые наиболее экономичны и эффективны в данных условиях.

Изложенные в данном Руководстве мероприятия по борьбе с деформациями зданий и сооружений под действием сил морозного пучения грунтов помогут строителям повысить качество строящихся объектов, обеспечить устойчивость и долговечную эксплуатационную пригодность зданий и сооружений, исключить случаи удлинения сроков строительства, обеспечить ввод зданий и сооружений в промышленную эксплуатацию в плановые сроки, снизить непроизводительные разовые и ежегодно повторяющиеся расходы на ремонт и восстановление поврежденных силами морозного пучения зданий и сооружений.

Руководство составлено доктором техн. наук М.Ф.Киселевым.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Данное Руководство предназначено для проектирования и строительства фундаментов зданий, промышленных сооружений и различного специального и технологического оборудования на пучинистых грунтах.

Примечание. Рекомендации Руководства по противопучинным мероприятиям не распространяются на площадки, где сезонное промерзание грунтов сливается с вечномерзлым грунтом.

1.2. Руководство разработано в соответствии с основными положениями глав СНиП по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений и оснований и фундаментов зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличивать свой объем при переходе в мерзлое состояние. Изменение объема грунта обнаруживается в природных условиях в поднятии в процессе промерзания и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта. В результате этих объемных изменений происходят деформации и наносят повреждения основаниям, фундаментам и надфундаментному строению зданий и сооружений.

1.4. В зависимости от гранулометрического состава грунта, его природной влажности, глубины промерзания и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозной пучинистости подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и практически непучинистые.

1.5. Подразделения грунтов по степени морозной пучинистости в зависимости от изменяющегося во времени уровня грунтовых вод и показателя консистенции приняты по табл.1 прил.6 главы СНиП по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений. Природную влажность грунтов на период эксплуатации при проектировании необходимо корректировать по пп.3.17-3.20 упомянутой выше главы СНиП.

Наименование грунта по степени морозной пучинистости

Пределы положения , м, уровня грунтовых вод ниже расчетной глубины промерзания у фундамента

РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

"Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах" составлены по результатам научных исследований и обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.

В Рекомендациях изложены инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и сооружений, а также даны основные требования к производству строительных работ по нулевому циклу.

Рекомендации предназначены для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций, которые осуществляют проектирование и строительство фундаментов зданий и сооружений на пучинистых грунтах.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Действие сил морозного пучения грунтов ежегодно наносит народному хозяйству большой материальный ущерб, заключающийся в снижении сроков службы зданий и сооружений, в ухудшении условий эксплуатации и в больших денежных затратах на ежегодный ремонт поврежденных зданий и сооружений, на исправление деформированных конструкций.

В целях снижения деформаций фундаментов и сил морозного выпучивания Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений Госстроя СССР на основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований с учетом передового опыта строительства разработаны новые и усовершенствованы уже существующие в настоящее время мероприятия против деформации грунтов при их промерзании и оттаивании.

Обеспечение проектных условий прочности, устойчивости и эксплуатационной пригодности зданий и сооружений на пучинистых грунтах достигается применением в практике строительства инженерно-мелиоративных, строительно-конструктивных и термохимических мероприятий.

Инженерно-мелиоративные мероприятия являются коренными, поскольку они направлены на осушение грунтов в зоне нормативной глубины промерзания и на снижение степени увлажнения слоя грунта на глубине 2-3 м ниже глубины сезонного промерзания.

Строительно-конструктивные мероприятия против сил морозного выпучивания фундаментов направлены на приспособление конструкций фундаментов и частично надфундаментного строения к действующим силам морозного пучения грунтов и к их деформациям при промерзании и оттаивании (например, выбор типа фундаментов, глубины их заложения в грунт, жесткости конструкций, нагрузок на фундаменты, анкеровки их в грунтах ниже глубины промерзания и многие другие конструктивные приспособления).

Часть предлагаемых конструктивных мероприятий приведена в самых общих формулировках без надлежащей конкретизации, как, например, толщина слоя песчано-гравийной или щебеночной подушки под фундаментами при замене пучинистого грунта непучинистым, толщина слоя теплоизолирующих покрытий во время строительства и на период эксплуатации и др.; более детально даются рекомендации по размерам засыпки пазух непучинистым грунтом и по размерам теплоизоляционных подушек в зависимости от глубины промерзания грунтов по опыту строительства.

В помощь проектировщикам и строителям приводятся примеры расчетов конструктивных мероприятий и, кроме того, даны предложения по заанкериванию сборных фундаментов (монолитное соединение стойки с анкерной плитой, соединение на сварке и на болтах, а также замоноличивание сборных железобетонных ленточных фундаментов).

Рекомендуемые для строительства примеры расчетов по конструктивным мероприятиям составлены впервые, а поэтому они не могут претендовать на исчерпывающее и эффективное решение всех затронутых вопросов по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов.

Термохимические мероприятия предусматривают, главным образом, снижение сил морозного выпучивания и величин деформации фундаментов при промерзании грунтов. Это достигается применением рекомендуемых теплоизоляционных покрытий поверхности грунта вокруг фундаментов, теплоносителей для обогрева грунтов и химических реагентов, понижающих температуру смерзания грунта и сил сцепления мерзлого грунта с плоскостями фундаментов.

При назначении противопучинных мероприятий рекомендуется руководствоваться в первую очередь значимостью зданий и сооружений, особенностями технологических процессов, гидрогеологическими условиями стройплощадки и климатическими характеристиками данного района. При проектировании предпочтение должно отдаваться таким мероприятиям, которые исключают возможность деформации зданий и сооружений силами морозного выпучивания как в период строительства, так и за весь срок эксплуатации. Рекомендации составлены доктором технических наук М.Ф.Киселевым.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации содержат данные по проектированию и строительству фундаментов зданий, промышленных сооружений и различного специального и технологического оборудования на пучинистых грунтах.

1.2. Рекомендации разработаны в соответствии с основными положениями глав СНиП II-Б.1-62 "Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования", СНиП II-Б.6-66 "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования", СНиП II-А.10-62 "Строительные конструкции и основания. Основные положения проектирования" и СН 353-66 "Указания по проектированию населенных мест, предприятий, зданий и сооружений в северной строительно-климатической зоне" и могут быть использованы для инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, выполняемых в соответствии с общими требованиями по исследованию грунтов для строительных целей. Материалы инженерно-геологических изысканий должны удовлетворять требованиям п.1.6 настоящих Рекомендаций.

Примечание. Рекомендации не распространяются на площадки, где сезонное промерзание грунта сливается с вечномерзлым грунтом.

1.3. Пучинистыми (морозоопасными) грунтами называются такие грунты, которые при промерзании обладают свойством увеличиваться в объеме. Изменение объема грунта обнаруживается в поднятии при промерзании и опускании при оттаивании дневной поверхности грунта, в результате чего наносятся повреждения основаниям и фундаментам зданий и сооружений.

К пучинистым грунтам относятся пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины, а также крупнообломочные грунты с содержанием в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 30% по весу, промерзающие в условиях увлажнения. К непучинистым (неморозоопасным) грунтам относятся скальные, крупнообломочные с содержанием частиц грунта диаметром менее 0,1 мм, менее 30% по весу, пески гравелистые, крупные и средней крупности.

1.4. В зависимости от гранулометрического состава, природной влажности, глубины промерзания грунтов и уровня стояния грунтовых вод грунты, склонные к деформациям при промерзании, по степени морозного пучения по табл.1 подразделяются на: сильнопучинистые, среднепучинистые, слабопучинистые и условнонепучинистые.

Сравнение методик расчета фундаментов на морозное пучение

Сравнение различных методик расчетов на пучение

Оглавление

1. Два типа воздействия – касательные и лобовые силы морозного пучения

Не смотря на кажущуюся простоту расчета на воздействие морозного пучения есть много нюансов и спорных моментов при его выполнении. В данной статье я попытался упорядочить все имеющиеся знания на эту тему.

В зависимости от положения подошвы фундамента относительно максимальной расчетной глубины промерзания грунта на фундамент воздействуют следующие силы пучения:

1. Касательные силы морозного пучения — воздействуют на боковые поверхности фундамента если его подошва заложена ниже глубины промерзания.

Схема воздействия касательных сил морозного пучения на фундамент анкерного типа

2. Лобовые и касательные силы морозного пучения — воздействуют на фундамент если его подошва заложена выше глубины промерзания.

Схема воздействия лобовых и касательных сил морозного пучения на фундамент

Согласно примечанию к п. 6.8.10 СП 22.13330.2016 Малозаглубленные фундаменты допускается применять для сооружения пониженного уровня ответственности и малоэтажных зданий при нормативной глубине промерзания не более 1,7 м. А, например, в Руководстве п. 4.22 говорится что глубина промерзания под подошвой малозаглубленного фундамента должна быть не более 1,0 метра, а под подошвой заглубленного на 0,5 и более — не более 0,5 м.

Если же фундамент не заглублен в грунт вообще (поверхностный фундамент) или заглублен на небольшую глубину и выполнена замена грунта обратной засыпки на непучинистый, то на него будут действовать только лобовые силы пучения:

Схема воздействия лобовых сил морозного пучения

2. Основные методики расчетов на морозное пучение

Формулы и указания для расчетов на морозное приводятся во многих источниках – нормативных документах, СНиП, СП, пособиях и руководствах. В данной статье приводятся ссылки на некоторые из них:

• [1] «Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» НИИОСП им. Н.М. Герсеванова 1980 г
• [2] Доклад «Основные результаты исследования влияния антикоррозионных покрытий на несущую способность свайных фундаментов в мерзлых грунтах» ОАО «Фундаментпроект»;
• [3]серия 1.411.3-11см.13 Свая металлическая трубчатая «СМОТ» (с покрытием «Reline»).
• [4] «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» 1979г;
• [5]ТСН МФ-97 МО «Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области»;
• [6] «Руководство по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ»;
• [7] «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83»;
• [8]СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»
• [9]СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»

Расчеты на воздействие лобовых сил морозного пучения выполняются в большинстве источников по формуле (формула из п. 6.2 [4]):

• n₁ – коэффициент перегрузки, равный 0,9;
• n – коэффициент перегрузки, равный 1,1;
• N н – нормативная нагрузка на основание в уровне подошвы фундамента;
• F_ф – площадь подошвы фундамента, см2;
• h₁ – глубина промерзания грунта, считая от подошвы фундамента, см.;
• σ н – нормативное значение нормального давления морозного пучения, создаваемое одним сантиметром промороженного слоя грунта кгс/см3 (по таблице 2 [4]).

Как видно из формулы и таблицы, для уравновешивания лобовых сил пучения необходимо на каждый 1 кв. метр площади подошвы фундамента приложить вдавливающую нагрузку от 1 до 6 Тонн при 10 см толщины промерзающего слоя под подошвой. Так же очевидно, что лобовое пучение резко возрастает с увеличением толщины слоя промерзающего грунта под подошвой фундамента и уменьшением габаритов подошвы фундамента. Например если толща промерзающего грунта под подошвой фундамента будет иметь мощность 1,5 м то усилие лобового пучения по расчету составит от 15 до 90 Тонн на каждый кв. метр подошвы фундамента.

Например, при глубине промерзания 1,0 м под подошвой фундамента, и размерах подошвы 1,0х1,0 метра в среднепучинистых грунтах для уравновешивания лобовых сил морозного пучения на фундамент должна приходиться сжимающая нагрузка 22 Тонны (включая массу фундамента), а в сильнопучинистых грунтах – 33 Тонны.

Как правило в частном строительстве, если фундаменты не закладывались ниже глубины промерзания, то это малозаглубленные фундаменты с малыми нагрузками, и они будут испытывать деформации пучения (подъем, перекос). В этом случае необходимо выполнить расчеты на подъем и относительную деформацию пучения (перекос) основания под фундаментом по методике [5]. Расчеты деформаций пучения по [5] достаточно сложны, т.к. они учитывают скорость промерзания грунта, его расчетную темпертатуру и др. Максимальные расчетные значения деформаций не должны превышать предельных допустимых значений, приведенных в Табл. 3.1 [5], а так же в соответствии с указаниями п. 6.8.11 СП 22.13330.2016 [8] по таблице Приложения Г (и прим. 6 к таблице) по аналогии с набухающими грунтами (средний допустимый подъем в размере 25% и относительную разность осадок в размере 50% соответствующих предельных деформаций).

Для расчетов на морозное пучение в первую очередь необходимо определить расчетную глубину промерзания грунта.

Глубина промерзания грунта определяется в соответствии с требованиями действующих на сегодняшний день в РФ нормативных документов на основании климатических данных холодного периода года (информацию следует брать из инженерных изысканий, запрашивать на ближайших метеостанциях или принимать по таблицам СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»). Формулы и указания для определения нормативной и расчетной глубины промерзания грунта рассмотрены в этой статье.

Расчеты на морозное пучение встречаются в большом количестве нормативных документов, учебниках, пособиях и др. литературе. В данной статье будет рассмотрено 4 основных расчета из разных источников:

• по методике СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»;
• по методике СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» — применительно к талым грнутам;
• по методике «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» (аналогичны, за исключением нескольких отличий, расчету из «Руководство по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ»);
• По методике «Пособия по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83»;

Первые 2 документа – действующие нормативы, включенные в перечень обязательных нормативных документов в области строительства.

Так же существуют и другие источники которые здесь не рассмотрены, например: «Рекомендации по совершенствованию конструкций и норм проектирования искусственных сооружений, возводимых на пучинистых грунтах с учетом природных условий БАМа», Москва 1981 г.

В заключении будет приведена сравнительная таблица расчетов на пучение, выполненных для одних и тех же фундаментов, но по разным методикам. Фундаменты рассмотрены 2х типов – столбы с прямыми боковыми гранями, и столбчатые фундаменты с уширением в нижней части – с развитой подошвой (анкерные фундаменты), всего 4 типоразмера фундаментов.

3. Расчет на пучение по методике СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»

Данный нормативный документ можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке. Это основной норматив в области проектирования фундаментов (кроме районов распространения многолетней мерзлоты), действующий в данный момент (март 2019 г.).

Расчеты на пучение приведены в разделе 6.8 СП 22.13330.2016, основная формула расчета на касательные силы пучения (ф. 6.35):

• — коэффициент условия работы, принимаемый равным 1,0;
• — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,1;
• τ_fh — удельная касательная сила пучения («сила смерзания» грунта на поверхности контакта грунт-фундамент). Принимаемая по опытным данным или по таблице 6.12;
• A_fh — площадь сдвига по мерзлым грунтам (площадь поверхности смерзания грунт-фундамент);
• F — расчетная постоянная нагрузка, действующая на фундамент;
• F_rf – расчетное значение силы, удерживающей фундамент от выпучивания в следстиве трения его боковой поверхностью о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания.

Для фундаментов, имеющих вертикальные грани:

• A_f — площадь сдвига талых грунтов (площадь поверхности контакта талый грунт-фундамент ниже расчетной глубины промерзания);
• R_f – расчетное сопротивление талых грунтов сдвигу по боковой поверхности фундамента.

К сожалению, в данном СП умолчали как вычисляется удерживающая сила для фундаментов, имеющих не вертикальные грани, или имеющих развитую подошву. Эти сведения приходится черпать из других источников.

4. Расчет на пучение по методике СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах»

Данный документ можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке.

Расчеты на пучение приведены в разделе 7.4 СП 25.13330.2012. Основная расчетная формула точно такая же как и в СП 22. Однако в определении составляющих этой формулы есть существенные отличия:

• F_rf — для фундаментов с анкерной плитой вычисляется не по фактической поверхности контакта грунт-фундамент, а по условной поверхности по периметру анкерной плиты (площадь сдвига равна периметру анкерной плиты, умноженному на толщину слоя талого грунта в пределах фундамента);
• τ_fh — удельная касательная сила пучения, принимаемая по таблице 7.8 и существенно больше чем аналогичный показатель в СП 22.13330.

Расчет по «Рекомендации по снижению касательных сил морозного выпучивания фундаментов с применением пластических смазок и кремнийорганических эмалей» [1] полностью аналогичен расчетам по методике СП 25.13330.2012, включая значения касательных сил пучения.

5. Расчет на пучение по «Пособию по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83»

Данное пособие можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке. Расчеты выполняются по п. 2.148…2.154 Пособия.

Расчет по «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83» [7] в части фундаментов без анкерной плиты полностью аналогичен расчету по СП 22.13330.2016 (включая коэффициенты по шероховатости поверхности). А вот для фундаментов с анкерной плитой принципиально отличается от всех других методик расчетов:

— вводится сложный понижающий коэффициент к удельной касательной силе пучения (п. 2.154 Пособия к СНиП 2.02.01-83), в зависимости от параметров анкерной плиты. Коэффициент принимается по таблицам и явно имеет какое-то эмпирическое происхождение;

— трение по боковой поверхности для анкерных фундаментов принимается на площадь по периметру анкерной плиты, а не на фактическую площадь боковой поверхности (по аналогии с СП 25.13330.2012).

6. Расчет на пучение по методике «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г»

Данное руководство можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ или напрямую по этой ссылке.

Расчет по методике «Руководства по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» [4] очень похож на расчет по «Руководство по проектированию опор и фундаментов линий электропередачи и распределительных устройств подстанций напряжением выше 1 кВ» [6], однако в [6] τ_fh — удельная касательная сила пучения умножается на коэффициенты, в зависимости от глубины промерзания, а в [4] в расчет принимается фиксированное значение этого параметра. Этот расчет принципиально отличается других тем что:

— нагрузка, вдавливающая фундамент так же уменьшается на 0,9 как и удерживающее усилие, а выпучивающая сила увеличена на коэффициент перегрузки 1,1;

— удельные касательные силы пучения принимаются 100, 80 и 60 Тс/м2 для сильно-, средне-, и слабопучинистых грунтов соответственно;

— глубина, в пределах которой учитывается смерзание фундамента с грунтом ограничена 2,0 м;

— для анкерных фундаментов (с уширением в нижней части) вместо трения по боковой поверхности, удерживающая сила вычисляется как удвоенная масса грунта над свесами подошвы.

7. Сравнение результатов расчета на пучение по рассмотренным методикам

Для сравнения расчетных методик были выполнены расчеты четырех разных фундаментов двух типов в разных грунтовых условиях. Типы фундаментов:

Таблица 2. Принятые для расчетов типы фундаменов

Номер типа фундамента	I	II	III	IV
Тип фундамента	Анкерный	Анкерный	Прямой столб	Прямой столб
Размер сечения колонной части, м	0,8х0,8	0,8х0,8	0,8х0,8	0,8х0,8
Размер подошвы (плитной части) в плане, м	2,4х2,4	2,4х2,4	-	-
Толщина подошвы (плитной части), м	0.5	0.5	-	-
Глубина заложения фундамента, м	3	3.3	4	5
Глубина промерзания нормативная	2	2.2	1.5	1.5

Во всех расчетах приняты неотапливаемые здания (сооружения), противопучинное покрытие и уклон боковых граней фундамента отсутствует, поверхность бетона гладкая, грунты основания – глинистые с показателем текучести 0,3 (или пески мелкие). Расчетная постоянная нагрузка на фундамент принята 8 Тонн-сил во всех расчетах одинаковой.

Результаты расчетов сведены в таблицу:

(Если удерживающая сила больше выпучивающей то устойчивость фундамента на воздействие морозного пучения обеспечена, и наоборот)

Из таблицы видно, что наиболее жесткие расчетные требования к фундаментам предъявляет расчет по методике СП 25.13330.2016 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» [9].

При этом расчеты для прямых столбов без анкерной плиты дают очень похожие результаты, а для фундаментов с анкерной плитой (подошвой) – результаты расчета существенно отличаются. Особенно выделяется расчет по «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83» [7] – он показывает для анкерных фундаментов наименьшую силу выпучивания и наибольшую удерживающую силу.

Так же очевидно что для столба без анкерной плиты даже большая глубина погружения с трудом обеспечивает устойчивость на действие касательных сил пучения.

8. Заключение

Методика расчета по «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах 1979г» дает вполне адекватные результаты, несмотря на странное ограничение глубины смерзания 2,0 метра.

А вот методика «Пособие по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений к СНиП 2.02.01-83», как и многие расчеты из этого источника вызывают сомнения, т.к. при некоторых соотношениях расчетных параметров она выдает отрицательные силы морозного пучения для анкерных фундаментов (пучение вдавливает его), что теоретически возможно, но выглядит очень странно и не логично.

При ответственных расчетах на морозное пучение рекомендую придерживаться методики СП 22.13330.2016, или СП 25.13330.2012 если необходимо получить наиболее надежный результат. Данные документы – действующие нормативы и результаты расчетов по ним признают все проверяющие органы, в том числе Гос. Экспертизы РФ.

Самостоятельно выполнить расчеты Вы можете воспользовавшись расчетным файлом по ссылке.

Москва, СТРОЙИЗДАТ №9, 1979 г. - 39 с.
Рекомендовано к изданию секцией Ученого совета по фундаментостроенню на мерзлых грунтах НИИОСП.
Руководство составлено по результатам теоретических и экспериментальных исследований деформаций и сил морозного пучения грунтов и материалам обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах.
Предназначено для инженерно-технических работников проектных и строительных организаций.

Джантимиров Х.А., Бахолдин Б.В. и др. Рекомендации по применению буроинъекционных свай

• формат doc
• размер 720.69 КБ
• добавлен 26 февраля 2011 г.

М.: НИИОСП им.Н.М.Герсеванова Госстроя СССР, 1984. Рекомендации разработаны в развитие выпущенных в 1982 г. "Рекомендаций по проектированию и устройству фундаментов из буроинъекционных свай". Предназначены для расчета свай и фундаментов, а также содержат сведения по рациональной области применения и вопросам технологии производства работ. Применение Рекомендаций позволит в большинстве случаев снизить стоимость работ и производить работы без остан.

Киселев М.Ф. Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах

• формат doc
• размер 398.5 КБ
• добавлен 26 февраля 2011 г.

НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР. Москва, 1972. «Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах» составлены по результатам научных исследований и обобщения передового опыта фундаментостроения на пучинистых грунтах. В Рекомендациях изложены инженерно-мелиоративные, строительно-конструктивные и термохимические мероприятия по борьбе с вредным влиянием морозного пучения грунтов на фундаменты зданий и со.

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах

• формат pdf
• размер 2.16 МБ
• добавлен 17 февраля 2009 г.

М., 1985. -31с. Настоящее руководство содержит основные положения по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов, возводимых на сезонно-промерзающих пучинистых грунтах-основаниях с учетом восприятия деформаций морозного пучения. Изложены методы выбора оптимальных конструкций схем фундаментов в зависимости от степени пучинистости грунтов, методы расчета деформаций и т.д.

Рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов на пучинистых грунтах

• формат doc
• размер 383.5 КБ
• добавлен 06 февраля 2011 г.

ЦНИИЭПсельстрой. Москва, 1989г. -с. «Рекомендации» распространяются на проектирование фундаментов из коротких (длиной до 4 м) пирамидальных и буронабивных свай малоэтажных (до двух этажей включительно) сельских зданий, строящихся на слабо- и среднепучинистых грунтах при нормативной глубине промерзания не более 1,7 м. При этом должны соблюдаться требования, предусмотренные СНиП 2.02.01-83 с изменениями к нему № 211, другими соответствующими общес.

Рекомендации по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах

• формат djvu
• размер 779.29 КБ
• добавлен 30 декабря 2009 г.

Стройиздат, 1975, М. , 30 с. Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н. М. Герсеванова.

Руководство по проектированию и устройству фундаментов в вытрамбованных котлованах

• формат djvu
• размер 1.31 МБ
• добавлен 23 января 2011 г.

Москва, НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР, 1981. —56 с. В Руководстве даны общие положения по проектированию и устройству фундаментов в вытрамбованных котлованах на просадочных грунтах. Приводятся требования по проектированию и расчету фундаментов в вытрамбованных котлованах, включая: столбчатых фундаментов, ленточных прерывистых фундаментов, а также фундаментов с уширенным основанием, получаемым путем втрамбовывания в вытрамбованный котлован.

Руководство по проектированию оснований и фундаментов на пучинистых грунтах

• формат pdf
• размер 1.88 МБ
• добавлен 24 января 2012 г.

НИИОСП им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР, 1979 г. Руководство составлено по результатам теоретических и экспериментальных исследований деформаций и сил морозного пучения грунтов.

Руководство по проектированию свайных фундаментов

• формат pdf
• размер 5.01 МБ
• добавлен 23 января 2011 г.

Рекомендовано к изданию Секцией ученого совета «Основания и фундаменты» НИИОСП им. Н. М. Герсеванова. Руководство по проектированию свайных фундаментов / НИИОСП им. Н. М. Герсеванова Госстроя СССР. — М.: Стройиздат, 1980. Содержит материалы, разъясняющие нормативы и требования, изложенные в главе СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования». Даны рекомендации по проектированию, расчету и конструированию свайных фундаментов. Для инжене.

Слюсаренко С.А., Степаненко Г.П., Глотова М.А., Новиков М.Ф. и др. Проектирование и устройство фундаментов на намывных песчаных грунтах

• формат djvu
• размер 1.91 МБ
• добавлен 01 августа 2009 г.

К.: Будивэльнык, 1990г. — 128с. В книге систематизированы физико-механические свойства подстилающих грунтов, характеристики основных инженерно-геологических типов пойменно-намывных оснований. Даны рекомендации по испытанию, проектированию и устройству оснований и фундаментов, обеспечивающие надежность и долговечность зданий и сооружений, повышение экономической эффективности строительства и снижение материалоемкости. Включены примеры расчета осн.

Фремов М.Г., Игнатова О.И. и др. Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений

• формат doc
• размер 8.23 МБ
• добавлен 28 февраля 2011 г.

М.: НИИОСП им.Н.М.Герсеванова Госстроя СССР, 1978. Руководство составлено в развитие главы СНиП II-15-74 «Основания зданий и сооружений» и приводит рекомендации, детализирующие эти нормы проектирования по вопросам номенклатуры грунтов и методов определения расчетных значений их характеристик; принципов проектирования оснований и прогнозирования изменения уровня грунтовых вод; вопросов глубины заложения фундаментов; методов расчета оснований по де.

Читайте также:

  
• Как покрасить крокодила из цемента
  
• Стык стены и перекрытия
  
• Как отшлифовать доску на террасе
  
• Конденсат под плинтусом пола что делать
  
• Как сделать опалубку из профлиста