Грунт расположенный под подошвой фундамента

5.4. ГЛУБИНА ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ (ч. 1)

Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельные по условиям нормальной эксплуатации проектируемого сооружения и находящегося в нем оборудования.

Выбор глубины заложения фундаментов рекомендуется выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов фундаментов. Глубина их заложения должна определяться с учетом:

• – назначения, а также конструктивных особенностей сооружения (наличия и размеров подвалов, фундаментов под оборудование и т.д.);
• – размера и характера нагрузок и воздействий на фундаменты;
• – глубины заложения фундаментов примыкающих сооружений, фундаментов под оборудование, глубины прокладки 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, пустот, образовавшихся вследствие растворения солей и пр.);
• – гидрогеологических условий площадки (уровней подземных вод и верховодки, а также возможных их изменений в процессе строительства и эксплуатации сооружения, агрессивности подземных вод и т.п.);
• – глубины сезонного промерзания грунтов [2, 4].

Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента, при наличии бетонной подготовки — до низа ее. При выборе глубины заложения фундаментов в необходимых случаях при соответствующем обосновании следует учитывать возможность дальнейшей реконструкции проектируемого сооружения (устройство новых коммуникаций, подвальных помещений, фундаментов под оборудование и пр.).

Фундаменты сооружения или его отсека, как правило, должны закладываться на одном уровне. При заложении ленточных фундаментов смежных отсеков на разных отметках переход от более заглубленной части к менее заглубленной должен выполняться уступами. Уступы должны быть не круче 1:2, а высота уступа — не более 60 см. Ленточные фундаменты примыкающих частей отсеков должны иметь одинаковое заглубление на протяжении не менее 1 м от шва.

Допустимая разность отметок заложения соседних столбчатых фундаментов (или столбчатого и ленточного) определяется по формуле

где а — расстоянии между фундаментами в свету; φ_I и c_I – расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта; р — среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента от расчетных нагрузок (для расчета оснований по несущей способности).

Столбчатые фундаменты, разделенные осадочным швом, следует располагать на одном уровне.

Условие (5.24) распространяется и на случай определения допустимой разности отметок заложения фундаментов сооружения и рядом расположенных каналов, тоннелей и пр.

Фундаменты проектируемого сооружения, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. Переход на большую глубину заложения следует выполнять исходя из условия (5.24). Если оно не выполняется, необходимо устройство шпунтовой стенки или другого ограждения (рис. 5.14).

При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется:

• – предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта на 10—15 см;
• – избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта малой толщины, если его строительные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя;
• – закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.

При необходимости заложения фундаментов ниже уровня подземных вод следует предусматривать методы производства работ, сохраняющие структуру грунта.

Если глубина заложения фундаментов по условиям несущей способности и деформируемости грунтов основания оказывается чрезмерно большой, рекомендуется рассмотреть применение мероприятий по улучшению строительных свойств грунтов основания или переход на свайные фундаменты.

Одним из основных факторов, определяющих заглубление фундаментов, является глубина сезонного промерзания грунтов, которые при промораживании увеличиваются в объеме, а после оттаивания дают значительные осадки. Промерзание водонасыщенных грунтов сопровождается образованием в них прослоек льда, толщина которых увеличивается по мере миграции воды из слоев грунта, расположенных ниже уровня подземных вод. Последующее таяние таких грунтов приводит к резкому снижению их несущей способности и повышенным деформациям.

Деформации основания при морозном пучении и последующем оттаивании, как правило, неравномерны вследствие неоднородности грунта по степени его пучинистости и различия температурных условий, в которых могут находиться грунты под отдельными фундаментами.

Исключение возможности промерзания грунтов под подошвой фундаментов обеспечивается:

• – в период эксплуатации — соответствующей глубиной их заложения, принимаемой в зависимости от вида и состояния грунтов, положения уровня подземных вод, нормативной глубины сезонного промерзания, теплового режима сооружения и пр.;
• – в период строительства — соответствующими защитными мероприятиями.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунтов d_fn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин их сезонного промерзания (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов. Для районов, где не предусматривается очистка от снега территорий, прилегающих к проектируемым сооружениям (например, в сельской местности), нормативную глубину промерзания грунтов допускается определять на площадках под снежным покровом.

При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов следует определять, на основе теплотехнических расчетов.

Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение, м, допускается вычислять по формуле

где d₀ — глубина промерзания при ∑|T_f| = 1°С, принимаемая для суглинков и глин — 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30; крупнообломочных грунтов — 0,34; М_t — безразмерный коэффициент, численно равный ∑|T_f| — сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, °С, принимаемых по СНиП 2.01.01-82 или по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях.

Значение d_fn для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания грунта. Значение d_fn допускается определять по схематической карте (рис. 5.15), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d₀ = 0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение d_fn , найденное по карте, следует умножить на отношение d₀ /0,23 (где d₀ соответствует грунтам данной строительной площадки). Для районов Дальнего Востока допускается пользоваться картой (рис. 5.16). Если значения d_fn , найденные по карте и по формуле (5.25), не совпадают, следует принимать значение, найденное по формуле.

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник

Как определить, какой глубины строить фундамент?

Фундамент является подземной частью постройки и служит для восприятия нагрузок от всех конструкций и их распределения по основанию. Его задача — обеспечивать длительную эксплуатацию сооружения без недопустимых осадок и разрушений. В отличие от деформаций материалов, из которых возводится здание, у грунта они значительно выше, и от них зависит состояние вышележащих конструкций. Поэтому главной характеристикой является глубина заложения — расстояние от несущего пласта до уровня строительной площадки.

От чего зависит?

Причины заглубления фундамента связаны со слабостью верхних слоёв грунта, которые состоят из почвы и органических веществ, систематически подвергающихся осадке, выветриванию, пучению, разрушению с потерей прочности. Как правило, их несущие способности имеют величину менее 1 кгс/см2, пористость свыше 70 % и модуль деформации ниже 80 кгс/см2. Заложение на таких грунтах недопустимо.

Ответ на вопрос, какой глубины строить фундамент под дом, зависит от следующих факторов:

• Инженерно-геологических условий.
• Климатических особенностей региона.
• Конструкции возводимого сооружения и наличия построенных рядом с ним зданий.

1. Инженерно-геологические условия.

• Физические, механические и водяные свойства грунта.
• Уровень грунтовых вод (УГВ).
• Рельеф площадки (гора, равнина).
• Сейсмичность региона (глубину заложения ленты увеличивают на 10%).

Наиболее часто встречаемые варианты:

• Однородный надёжный грунт.
• Напластование почвы слоями разной прочности.

На основании геологических изысканий и действующих нагрузок выбирается уровень несущего слоя, обеспечивающий надёжное существование здания.

При выборе глубины заложения ленточных фундаментов необходимо выполнять требования строительных норм:

• Основание должно быть выше уровня грунтовых вод, лучший вариант — заложение на одной отметке (особенно важно в условиях сейсмоопасности). Если это невозможно, то устраивается водоотлив.
• Подошва утапливается в несущий слой на 100-200 мм.

Наименьшая глубина заложения составляет 50 см.

2. Климатические особенности.

При промерзании грунта содержащаяся в нём вода увеличивается в объёме и выпучивает его кверху. Такое явление характерно для мягкопластичной и текучей глины, пылеватых песков.

• Нормальные силы пучения, действующие на основание опоры (напряжение более 0,8 МПа).
• Касательные — вызваны трением или примерзанием почвы и грунта к боковым поверхностям свайного или ленточного фундамента (до 0,3 МПа).

Если уровень подошвы выше глубины промерзания, то возникающие силы морозного пучения могут быть больше веса здания и выталкивают его вверх. С другой стороны, при заложении ниже глубины промерзания возникающие касательные напряжения могут создавать растягивающие усилия в верхней части опоры, стремясь её разорвать.

В качестве защитных мероприятий обычно применяют покрытие боковых подземных поверхностей плёнками, смазками, битумными мастиками, утеплителями.

При низком значении УГВ (d_w) и если глиняные грунты находятся в твёрдом состоянии (при малой влажности) они не проявляют пучения. Это условие описывается неравенством: d_w ≥ d_f+2м. Однако специалисты рекомендуют пользоваться этим правилом с известной осторожностью, так как в процессе строительства и эксплуатации здания может подняться УГВ или увеличиться влажность.

Для пучинистых грунтов уровень заложения фундамента (d) должен быть ниже расчётной глубины промерзания (d_f), то есть d > d_f.

Формула для вычисления d_f имеет вид: d_f = k_h∙ d_fn, где:

• k_h — коэффициент, учитывающий влияние здания.
• d_fn — нормативная сезонная глубина промерзания местности, где возводится фундамент, которую можно взять на карте или рассчитать по формуле: d_fn = d₀∙√ ∑│M_t│, где M_t — сумма среднемесячных отрицательных температур.

Значения коэффициентов свойств грунта (d₀):

Наименование	Крупнообломочный грунт	Мелкий песок	Глина, суглинок
d0, м	0,34	0,28	0,23

3. Конструктивные особенности.

Помимо перечисленных следует учитывать:

• Глубину заложения фундаментов построенных соседних сооружений.
• Есть или нет подвал.
• Расположение тоннелей, опор под оборудование, коммуникаций.

Например, основание возводимого и имеющегося здания целесообразно располагать на одном уровне. Если подошва существующего фундамента будет выше, то возможна деформация грунта под ним в процессе земляных работ. При более низкой глубине его заложения по отношению к новому возникает дополнительное боковое давление от последнего, зависящее от расстояния между ними.

Во время строительства необходимо исключить возможность выпирания грунта со стороны подвала. С этой целью уровень его пола выполняют выше расчётного уровня промерзания опоры здания (d_f) на 20-40 см, а высоту потолка — не менее половины величины d_f.

При разной глубине подошв у внутренних и наружных стен переход от одного уровня заложения к другому должен быть постепенным (например, ступенчатым). Обычно применяют шаг по высоте 0,5 м, по длине — 1 м. В процессе работ необходимо обеспечить сохранность структуры грунта.

Пример расчета фундамента в Московской области

1. Грунт: суглинки и глины (d₀=0,23).
2. Неотапливаемое в зимний период здание (k_h=1,1).
3. УГВ на участке по результатам изысканий: d_w=1,4 м.

Среднемесячные температуры в Московской области (таблица 5.1 правил «Строительная климатология»):

Месяцы	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Темпе-ратура,°C	-10,9	-9,8	-4,6	4,6	12,2	16,3	17,8	16,5	11,0	4,1	-2,3	-7,0

Вычисляем модуль суммы отрицательных среднемесячных температур: ∑│M_t│=│ -10,9-9,8-4,6-2,3-7,0 │ = 34,6.

Нормативная глубина промерзания для района строительства: d_fn = d₀∙√ ∑│M_t│ = 0,23∙√ 34,6 = 1,35 м.

Расчётная глубина: d_f = k_h∙d_fn = 1,1∙1,35 = 1,485 м.

Определяем уровень заложения фундамента по условию недопущения морозного пучения с учетом УГВ на основании рекомендации строительных правил по нижеприведённой таблице.

Источник