- Определение глубины заложения фундамента в соответствии с климатическими условиями района строительства и конструктивной схемы cооружения
- SGround.ru
- Выбор глубины заложения фундаментов
- Оглавление
- 1. Введение
- 2. Критерии выбора глубины заложения фундамента
- 3. Требования норм проектирования к глубине заложения фундаментов
Определение глубины заложения фундамента в соответствии с климатическими условиями района строительства и конструктивной схемы cооружения
Глубина заложения фундамента зависит в основном от трех факторов: инженерно-геологические условий, климатические условий, конструктивных требований.
При бесподвальном сооружении определяем нормативную глубину промерзания, используя схематическую карту нормативных глубин промерзания (см. Приложение).
Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м, определяется по формуле:
где kf — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения; γc – коэффициент условий промерзания грунта, γc = 1,0;
dfn—нормативная глубина промерзания (для Калужской области), для глин по СНиП 2.01.01-82 dfn = 1,3 м, умножаем на коэффициент 1,2 (увеличиваем на 20%) и используем коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения (для бесподвальных kf=1,0, для зданий отапливаемых 0,5, для зданий с подвалом – 0,7).
Отсюда для бесподвального неотапливаемого здания (сооружения):
df=kfgc dfn = 1,0 х 1,2 х 1,3 = 1,56 м ≈ 1,60 м.
Определим глубину заложения фундамента по конструктивным соображениям.
Минимально возможная глубина заложения подошвы фундамента зависит от размера несущей конструкции здания и величины прикладываемых нагрузок.
Фундаменты под колонны каркасных зданий выполняют ступенями.
Такой вид фундамента состоит из плитной части и подколонника. Способ сопряжения фундамента с колонной предопределяет конструктивные особенности подколонника.
Монолитные железобетонные фундаменты под колонны (опоры) состоят из подколонника и 1, 2 и 3-х ступенчатой плитной части.
Для заделки железобетонной колонны в верхней части фундамента устраивают стакан. Установленную в стакан колонну замоноличивают бетоном.
Глубина заложения фундамента (d) для здания с подвалом, исходя из конструктивных требований, определяется по формуле:
где db – глубина подвала от поверхности планировки;
0,15 – толщина конструкции пола подвала;
d = 1,80 + 0,15 + 1,2 = 3,15 м.
Анализируя глубины заложения фундаментов исходя из всех перечисленных факторов, принимаем оптимальную глубину заложения фундамента от уровня пола 1 этажа, равную 3,15 м для подвальных зданий и 1,6 м для бесподвальных неотапливаемых.
Рисунок 3.2 – Общая схема фундамента под опору
с определением глубины заложения фундамента
Практическое занятие №4 — Расчет центрально
Нагруженного фундамента на естественном основании
4.1 Общие сведения
Расчет центрально нагруженного фундамента заключается в проверке несущей способности фундамента по материалу, из которого он изготовлен, и несущей способности грунта, его расчетного сопротивления. По материалу (бетону, железобетону и другим материалам) несущая способность фундамента всегда выше действующих (расчетных) нагрузок. По грунту необходимо всегда делать проверку его несущей способности, определяя расчетное сопротивление грунта.
Различают расчетное и нормативное сопротивление. Нормативное сопротивление грунта соответствует наибольшему значению среднего сжимающего напряжения под подошвой фундамента, до достижения которого оказывается возможным для расчетов осадок использовать математический аппарат теории линейного деформирования грунта. Его определяют по формуле (14):
R н = [π(γ b/4+ γ’ d + c . ctg φ)] / (ctg φ + φ – π/2) + γ’ d, (14)
Это выражение часто представляют в виде трехчленной формулы (15):
где φ – угол внутреннего трения грунта;
М γ , М q , Мс – безразмерные коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения грунта φ и вычисляемые по формулам (16), (17) и (18):
М γ = π / 4 (ctg φ + φ – π/2), (16)
М q = π / (ctg φ + φ – π/2) + 1 , (17)
М с = π ctg φ / (ctg φ + φ – π/2) , (18)
Значения коэффициентов М γ , М q , Мс приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 — Значения коэффициентов М γ , М q , Мс
| Угол внутреннего трения, φII, град | Коэффициенты | |
| М γ | М q | Мс |
| 0,00 | 1,00 | 3,14 |
| 0,03 | 1,12 | 3,32 |
| 0,06 | 1,25 | 3,51 |
| 0,10 | 1,39 | 3,71 |
| 0,14 | 1,55 | 3,93 |
| 0,18 | 1,73 | 4,17 |
| 0,23 | 1,94 | 4,42 |
| 0,29 | 2,17 | 4,69 |
| 0,36 | 2,43 | 4,99 |
| 0,43 | 2,73 | 5,31 |
| 0,51 | 3,06 | 5,66 |
| 0,61 | 3,44 | 6,04 |
| 0,72 | 3,87 | 6,45 |
| 0,84 | 4,37 | 6,90 |
| 0,98 | 4,93 | 7,40 |
| 1,15 | 5,59 | 7,95 |
| 1,34 | 6,34 | 8,55 |
| 1,55 | 7,22 | 9,22 |
| 1,81 | 8,24 | 9,97 |
| 2,11 | 9,44 | 10,80 |
| 2,46 | 10,85 | 11,73 |
| 2,88 | 12,51 | 12,79 |
| 3,88 | 14,50 | 13,98 |
СНиП 2.02.01 – 83 при расчете осадок построенных сооружений вводит понятие расчетного сопротивления грунта основания R.
Пример расчета центрально-нагруженного фундамента
На естественном основании
Величину вертикальной нагрузки студент принимает по заданию на проектирование. Грунты и их характеристики из раздела №2, глубину заложения фундамента из раздела №3 ПЗ (МУ).
Расчет ведут в следующей последовательности.
Вначале необходимо определить ориентировочные размеры подошвы фундамента и расчетное сопротивление грунта основания R, если к фундаменту приложена вертикальная сила N = 1350 kH и глубина заложения фундамента dfu = 1,6 м.
В первом приближении рассмотрим этот фундамент как центрально нагруженный и определим площадь подошвы фундамента по формуле:
где N – расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента, кН;
R0 – расчетное условное сопротивление грунта, кПа;
γср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м 3 ; принимаемая 20….23 кН/м 3 ;
d – глубина заложения фундамента, 1,6 м.
Аф = 1350/(206,22 – 23 х 1,6) = 1350/169,42 = 7,97 м 2 .
Определим ширину фундамента по формуле:
Отсюда: b = √ 7,97 = 2,82 ≈ 2,9 м.
Определим длину фундамента, назначив длину фундамента равной ширине: l = b , отсюда:
Примем размеры подошвы фундамента 2,9 х 2,9 м.
Определим расчетное сопротивление грунта:
где γС1=1,1 и γС2=1,0 – коэффициенты условий работы, принимаемые по таблице приложения (второй определен интерполяцией);
k – коэффициент надежности, принимаемый равным 1, если прочностные характеристики φII и cII определялись непосредственными испытаниями, и равным 1,1, если они приняты по справочным таблицам, в данной работе k = 1;
Мγ=0,72; Мg=3,87; Mc=6,45 – безразмерные коэффициенты, зависящие от расчетного угла внутреннего трения φ несущего слоя грунта, принимаемые по таблице приложения;
kz — коэффициент, зависящий от ширины подошвы фундамента (при ширине подошвы фундамента b меньшей 10м kz равен 1; при большей ширине его определяют по формуле kz=zо /b+0,2; где zо равно 8м);
b — ширина подошвы фундамента, м;
γII — осредненный расчетный удельный вес грунтов, залегающих ниже подошвы фундамента, кН/м 3 (при наличии подземных вод определяется с учетом взвешивающего действия воды);
γ′II — то же, залегающих выше подошвы фундамента;
d1 — приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (при его наличии):
где hs – толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала,м; hcf — толщина пола подвала,м; γcf — расчетный удельный вес материала пола подвала, кН/м 3 ;
db — глубина подвала, равная расстоянию от уровня планировки до пола подвала, м (для сооружений с подвалом шириной В≤20 м и глубиной более 2м принимается db =2м, при ширине подвала В>20 принимается =0);
cII — расчетное удельное сцепление несущего слоя грунта, кПа.
Подставим в формулу (15) принятые значения, получим:
R=(1,1х1,0)/1*(0,51*1*2,6*15,56 + 3,06*1,7*15,56 +5,66*0,0023) =
= 1,1 (20,63 + 80,94+0,01) = 111,74 кПа.
Уточняем размеры подошвы фундамента:
Аф = 1180/(111,74 – 23 х 1,7) = 1180/72,64 = 16,24 м 2 .
Отсюда: l = b = √ 16,24 = 4,03 м ≈ 4,0 м.
Найдем среднее давление по подошве фундамента:
где b – ширина фундамента, м;
l – длина фундамента, м;
γср – средний удельный вес грунта и материала фундамента, кН/м 3 ; принимаемая 20….23 кН/м 3 ;
Р = (1180/4,0х4,0) + 23х1,7 = 73,75 + 39,1 = 112,85 кПа.
Определим уточненное расчетное сопротивление грунта:
R=(1,1х1,0)/1*(0,51*1*4,0*15,56 + 3,06*1,7*15,56 +5,66*0,0023) =
Источник
SGround.ru
Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов
Выбор глубины заложения фундаментов
Основные принципы выбора глубины заложения фундамента
Оглавление
1. Введение
Тема статьи очень важная – выбор глубины заложения фундамента не менее важен чем его способность без разрушения воспринимать нагрузки от надземной части сооружения без разрушения, осадок и деформаций.
Почему так? В первую очередь потому, что слишком маленькая глубина заложения фундамента ведет к воздействию на него труднопреодолимых лобовых сил морозного пучения грунтов. А слишком большая глубина до подошвы фундамента – это неоправданные большие финансовые затраты. Поэтому важно определить минимально необходимую и достаточную для обеспечения надежности и долговечности здания (или сооружения) глубину заложения фундамента.
2. Критерии выбора глубины заложения фундамента
Существуют несколько параметров которые влияют на глубину заложения фундамента. Приведу список параметров в порядке уменьшения значимости:
- Тип грунта в пределах сезонно-промерзающего слоя;
- Глубина промерзания грунта (расчетная);
- Уровень грунтовых вод (максимальный прогнозный);
- Прочность грунтов основания (как правило повышается с глубиной) и нагрузка на фундамент;
- Стоимость возведения фундамента.
В статье далее речь пойдет преимущественно о столбчатых, ленточных, плитных и других видах несвайных фундаментов. Т.к. глубина погружения сваи обычно составляет не менее 4,0 м., то в подавляющем большинстве случаев нижний конец сваи находится ниже глубины промерзания грунта. Для свай глубина погружения назначается из расчета по прочности и деформациям и рассматривается в отдельной статье.
Отдельной строкой следует выделить незаглубленные и малозаглубленные фундаменты. Чуть подробнее о них в конце этой статьи, а совсем подробно в этой статье.
Подробнее остановимся на каждом из параметров в списке:
- Тип грунта в пределах сезоннопромерзающего слоя;
Для определения глубины заложения фундамента важен тип грунта, т.к. это определяет пучинистый грунт или нет. Степень пучинистости зависит и от других факторов, например от влажности (см. статью физика процесса пучения), но влажность меняется – сегодня грунт сухой, а завтра началась аномально-дождливая погода и он стал водонасыщенным. А вот некоторые типы грунтов, такие как пески средние и крупные, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, щебенистые и галечниковые грунты непучинисты всегда, при любых условиях. Для таких гарантированно непучинистых грунтов глубину заложения фундамента можно выбирать без учета глубины промерзания грунта – только из конструктивных соображений.
- Зависимость глубины заложения фундамента от глубины промерзания грунта
Если же грунты в зоне промерзания не относятся к гарантированно непучинистым, то в первую очередь следует выбрать глубину до подошвы фундамента так, чтобы она была больше максимальной расчетной глубины промерзания грунта. Если это условие не выполнить, то на фундамент будут воздействовать лобовые силы морозного пучения, а это будет означать почти гарантированный перекос фундаментов (в той или иной степени) в зимний период со всеми вытекающими последствиями.
Глубина промерзания при этом определяется с учетом тепловыделений от отапливаемого здания – чем выше температура в помещении зимой, тем меньше расчетная глубина промерзания. Если же здание/сооружение не отапливаемое тогда расчётная глубина промерзания больше нормативной в 1,1 раза за счет того, что холодные фундаменты лучше проводит тепло, а это ускоряет отток тепла из грунта и его промерзание.
- Зависимость глубины заложения фундамента от уровня грунтовых вод
Грунтовые воды сами по себе не являются такой уж проблемой для железобетонной конструкции – если опустить ее в чистую воду, то бетон и арматура будет чувствовать себя даже лучше чем на открытом воздухе.
Опасность грунтовых вод заключается в том, что они делают большинство грунтов сильнопучинистыми. При чем не только ниже уровня грунтовых вод (УГВ) грунты приобретают такие свойства, но и в некоторой толще над УГВ – в пределах капиллярной (морозоопасной) каймы толщиной до 3-3,5 м (подробно см. статью). Помимо этого, бетон, впитывая в себя воду, зимой в последующем быстро разрушается из-за того, что вода внутри пор бетона увеличивается в объеме при замерзании и разрывает бетон изнутри.
Кроме того, грунтовые воды зачастую содержат в себе загрязняющие вещества, которые агрессивно воздействуют на бетон, сталь и арматуру ж/б конструкций – обладают агрессивными свойствами.
- Зависимость глубины заложения фундамента от прочности грунтов основания и нагрузки на фундамент
При внимательном изучении формулы по которой определяется расчетное сопротивление грунта видно, что этот показатель значительно увеличивается с увеличением глубины заложения фундамента. Так происходит из-за того, что если слои грунта под подошвой фундамента находятся глубже, то они сильнее обжаты выше расположенными слоями и, следовательно, они более плотные и их сложнее вывести из состояния устойчивости (потеря устойчивости грунта связана с выпором части грунтового массива из-под подошвы фундамента вбок и вверх, см. схему).
Схема потери устойчивости грунта от вертикальной нагрузки
Поэтому при больших нагрузках на фундамент можно либо увеличить площадь подошвы, либо увеличить глубину его заложения. Решение в каждом случае принимается индивидуально с учетом экономики и характеристик слоев грунта и характера их напластования.
- Зависимость глубины заложения фундамента от экономики и финансов собственника
Здесь все понятно – чем глубже зарывать фундамент, тем больше потребуется материалов и земляных работа, тем выше будет стоимость строительства. Поэтому всегда важно не делать огромный запас, а определять минимально необходимое заглубление.
3. Требования норм проектирования к глубине заложения фундаментов
Обратимся к главному действующему нормативу в области проектирования фундаментов – СП 22.13330.2016 раздел 5.5 «Глубина заложения фундаментов» п.5.5.1 гласит:
«Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом:
- назначения и конструктивных особенностей проектируемого сооружения, нагрузок и воздействий на его фундаменты;
- глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубины прокладки инженерных коммуникаций;
- существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
- инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия слоев, склонных к скольжению, карманов выветривания, карстовых полостей и пр.);
- гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения;
- возможного размыва грунта у опор сооружений, возводимых в руслах рек (мостов, переходов трубопроводов и т.п.);
- глубины сезонного промерзания грунтов.
Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.»
То есть почти то же самое, о чем говорилось выше только другими словами. Далее в п. 5.5.2-5.5.4 СП идет методика определения расчетной и нормативной глубины промерзания – это вопрос рассмотрен в другой статье.
Далее п 5.5.5 однозначно определяет правила выбора глубины заложения фундамента:
Глубину заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания следует назначать:
- для наружных фундаментов (от уровня планировки) по таблице 5.3;
- для внутренних фундаментов — независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.
Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:
- специальными исследованиями на данной площадке установлено, что грунты не имеют пучинистых свойств;
- специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную надежность сооружения и не превышают предельно допустимых деформаций (см. 5.6);
- предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов выполнена замена грунта непучинистым материалом на глубину промерзания.
| Грунты под подошвой фундамента | Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод d w , м, при | |
|---|---|---|
| dw ≤ df +2 | dw > df +2 | |
| Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности | Не зависит от df | Не зависит от df |
| Пески мелкие и пылеватые | Не менее df | То же |
Супеси с показателем текучести JL  Фото: незаглубленный ленточный фундамент Имею личный опыт применения ленточного незаглубленного фундамента под 2хэтажным срубом – в зимний период каждый раз происходит одинаковый перекос порядка 10-15 см, грунты сильнопучинистые. Эти деформации вызывает перекосы крыльца и наружной лестницы, поэтому они были сделаны с возможностью свободной деформации относительно сруба. В остальном все работает нормально, летом приходит в исходное положение. В общем вариант имеет право на жизнь в дачном строительстве, для капитального жилого дом – не рекомендую. Источник | ||