Мелкозаглубленный фундамент: особенности возведени и глубина заложения
Когда проектируется мелкозаглубленный фундамент, глубина заложения является важнейшим показателем, который во многом определяет надежность всего сооружения. Фундаменты мелкого залегания широко применяются для малоэтажных строений разного назначения. С учетом важности этого элемента, расчет должен проводиться тщательно с учетом норм СНиП. Перед принятием решения о самостоятельном строительстве следует решить главный вопрос: как рассчитать глубину фундамента и все его основные параметры. Само строительство — это стандартное мероприятие, которое вполне может быть произведено своими руками.
Особенности фундамента
Фундаменты мелкого заложения представляют собой основание строения, глубина закладки которого, обычно, лежит в пределах 30-50 см (не более 70 см). Принцип работы такой конструкции основан на создании жесткой рамы, которая способна компенсировать пучение грунта при замерзании. При сезонных подвижках нагрузки равномерно перераспределяются, что позволяет обеспечить общее вертикальное равномерное перемещение сооружения без риска разрушения.
Фундаменты мелкого заложения имеют следующие характеристики, отличающие их от других типов оснований:
- глубина заложения фундамента — не более 70 см;
- основа конструкции находится выше глубины промерзания грунта;
- может обустраиваться на почвах с высоким уровнем грунтовых вод и на пучинистых (вспученных) почвах.
Работоспособность фундамента обеспечивают следующие принципы, заложенные в конструкцию:
- Губина залегания фундамента, чаще всего, выдерживается в пределах 0,4-0,5 м, что исключает действие касательных усилий при морозном пучении.
- Жесткая рама конструкции перераспределяет нагрузки, что обеспечивает надежность на пучинистых почвах.
- Фундаментная основа опирается на подушку с высоким коэффициентом водной фильтрации, что позволяет отвести воду при оттаивании грунта и распределяет нагрузку на грунт.
- Воздействие пучения при промерзании снижается использованием утеплительных покровов на грунт шириной не менее 1 м.
- Если имеется высокий уровень грунтовых вод, то закладывается система дренажа.
Мелкозаглубленный фундамент может закладываться во многих типах грунтов, в т.ч. можно возводить такой фундамент при высоком уровне грунтовых вод. Запрещается его строительств на биогенных органических грунтах (торф, сапропель, ил), а также нежелательно его обустройство на неоднородных слоях грунтов, на границе разных подлежащих грунтов, на чрезмерно пучинистых почвах (пластичный глинистый водонасыщенный грунт, водонасыщенные пылеватые пески), на затапливаемых участках.
Рассматриваемый тип фундамента используется при строительстве малоэтажных сооружений, чаще всего, дач, гаражей, хозяйственных построек, бань и т.д. Его можно использовать при возведении срубов из бревен или стен из ячеистых бетонов, легкого кирпича, при возведении каркасно-щитовых строений.
Особенности конструкции
Конструирование и строительство мелкозаглубленных фундаментов нормируется требованиями СНиП, которые необходимо неукоснительно выполнять. В зависимости от назначения сооружения такие фундаменты могут быть следующего типа: ленточный, столбчатый и блочный.
Устройство ленточного мелкозаглубленного фундамента предусматривает заливку непрерывной армированной бетонной полосы в хорошо утрамбованные траншеи с песчаной подушкой. Конструктивно такая система аналогична обычной ленточной опоре, но отличается глубиной заложения, наличием теплоизоляции и дренажа. В строениях разного назначения могут быть некоторые упрощения, но в целом, устройство ленточного мелкозаглубленного фундамента имеет основные элементы и параметры, показанные на рис.1. (Рис.1. Схема ленточного фундамента мелкого заложения)
Основной смысл конструкции заложен в том, что бетонная лента должна исполнить роль очень прочной рамы (ростверка), которая перераспределяет нагрузки и исключает просадки в грунт. Цель достигается тем, что лента имеет небольшую заглубленную часть и достаточно высокую (40-50 см) надземную цокольную часть, связанные единым армирующим каркасом. Важным и обязательным элементом является отмостка с уложенным под ней горизонтальным утеплителем. Такая система уменьшает воздействие морозного пучения.
При возведении достаточно легких строений (гараж, баня, сарай) используется столбчатый мелкозаглубленный фундамент из буронабивных или забивных свай, монолитных столбов и т.д. Обязательным элементом конструкции является ростверк, который связывает все сваи между собой, создавая пояс для распределения нагрузки. Столбчатый фундамент может иметь ростверк из стальных балок или монолитной армированной бетонной ленты, сооружаемой на поверхности земли.
Принцип расчета
Прежде чем начать возводить фундамент, необходимо провести расчет его основных параметров. При проектировании наиболее распространенного ленточного основания проводится определение следующих параметров: глубина залегания фундамента, ширина ленты и высота надземного ростверка. Кроме того, следует провести проверочный расчет на деформации в соответствии со СНиП 2.02.01-83. При проведении расчетов учитываются следующие факторы: тип грунта, уровень грунтовых вод, глубина промерзания почвы, нагрузка на опору, перепад высот на месте строительства.
На первом этапе проектирования обязательно проводится анализ почвенных характеристик, и, прежде всего, определяется тип почвы. Основные почвенные характеристики можно определить самостоятельно. Для этого выкапывается небольшая яма на глубину фундаментного заглубления, и извлекаются образцы грунта. Почва увлажняется и скатывается цилиндром длиной 14-16 см и диаметром 10 мм. Затем, делается попытка сворачивания из образца кольца — если цилиндр при закручивании разрывается, то грунт — суглинок; если сохраняет форму, то — глинистая почва. Супесь вообще не формируется таким образом, а разваливается.
Пористость почвы определяется следующим образом. Из грунта вырезается куб со стороной 10 см и взвешивается — определяется объемная масса (М1). Потом, куб раздавливается, уплотняется и снова взвешивается — масса сжатого грунта (М2). Коэффициент пористости рассчитывается из формулы Е = 1 — М1/М2, где М1, М2 выражаются в кг/см³.
Глубина фундамента для гаража или другого сооружения зависит от глубины промерзания грунта, которая отличается в разных климатических зонах и для разных типов почв.
Средние значения этого параметра сводятся в таблицы по регионам. Например, в районе Москвы суглинки промерзают на 1,35 м, средний и крупный песчаник — на 1,76 м; в Ростове — 0,8 м и 0,88 м, соответственно; а в Тюмени — 1,8 и 1,98 м.
Минимальная глубина
Как определить глубину заложения фундамента? Глубина фундамента под гараж, баню и т.д. определяется, исходя из минимально допустимых показателей. В свою очередь, минимальная глубина залегания фундамента зависит от глубины промерзания почвы, степени ее пучинистости (коэффициента пористости) и высоты залегания подземных вод. Увеличение глубины промерзания и более близкое расположение воды повышает нагрузку при сезонном пучении, что требует увеличения заглубления фундамента. В то же время, при хорошем утеплении конструкции и обеспечении надежного дренажа, значение этих воздействий существенно снижается и их можно не учитывать.
Глубина фундамента для гаража или др. сооружений производится исходя из таблицы, рекомендуемой СНиП.
| Глубина промерзанияпочвы без пучинистости, м | Глубина промерзания пучинистой почвы твердой и полутвердой консистенции, м | Минимальная глубина заложения фундамента, см |
| Не более 2 | Не более 1 | 50 |
| Не более 3 | Не более 1,5 | 75 |
| Более 3 | 1,5 — 2,5 | 100 |
| 2,5 — 3,5 | 150 |
Расчет параметров
Определение глубины заложения фундамента для гаража или другого сооружения требует уточнения по действию нагрузок. Важнейшим параметром ленточного фундамента является ширина ленты (подошвы). Вместе с глубиной закладки ширина обеспечивает допустимые нагрузки на грунт, с целью недопущения проседания. Расчет фундамента мелкого заложения основан на учете этих основных характеристик.
Ширина подошвы определяется по формуле В = Q/R, где Q — расчетная нагрузка на фундамент, равная массе всех элементов сооружения; R — сопротивление грунта (является табличной величиной и различно для разных грунтов). При определении нагрузки складываются массы следующих элементов: стены с отделкой, фундамент с цоколем, потолочное перекрытие, дверные и оконные системы, гидро- и теплоизоляция, стропильная система и крыша, все внутреннее оборудование (мебель, сантехника и т.д.).
Проверочный расчет конструкции ведется по удельному давлению на грунт (Р). Значение показателя рассчитывается по формуле Р = Q/S, где S — площадь поверхности ленты фундамента. Полученная величина выражается в кг/м² и сравнивается с допустимым значением R для конкретного грунта. С учетом необходимого запаса прочности Р должно превышать R на 20-22%. При отсутствии запаса придется увеличивать ширину подошвы.
Мелкозаглубленный фундамент позволяет значительно снизить затраты на строительство некоторых строений без снижения их надежности. Важным показателем для обеспечения требуемой прочности является глубина его заложения (выше глубины промерзания), которую следует выбирать, исходя из требований СНиП.
Источник
Расчёт фундамента
Приступая к выбору фундамента, следует определиться с терминами и параметрами, характеризующими сам фундамент и грунт-основание под ним (Рисунок 13, а).
Фундамент – это подземная часть здания, которая предназначена для передачи нагрузки от здания на грунт, залегающий на определенной глубине и являющийся основанием фундамента.
Рисунок 13. Схема фундамента и основания:
А – без подсыпки грунта; Б – с подсыпкой грунта;
1 – фундамент; 2 – граница промерзания грунта; 3 – уровень грунтовых вод; 4 – сжимаемая толща грунта; 5 – насыпной грунт
Глубина заложения фундамента (Hf) – расстояние от подошвы фундамента до поверхности земли.
Подстилающий слой грунта (основание – слой грунта, на который опирается подошва фундамента.
Расчетная глубина промерзания (hi) – положение границы промерзания относительно уровня грунта, принятое в качестве расчетной величины, узаконенной нормативными документами (нормами СНиП).
Если вокруг дома сделана подсыпка, то из чего следует исходить при назначении глубины заложения фундамента?
Разумеется, грунт будет промерзать с учетом подсыпанного грунта. Поэтому и глубину заложения фундамента в этом случае следует определять дт поверхности подсыпки (Рисунок 13, б).
Глубина промерзания в большей степени определяется климатическими условиями данного региона и соответствует наибольшей величине промерзания влажного глинистого грунта без снегового покрова в период наиболее низких возможных температур. В пределах Европейской и Сибирской части России граница промерзания меняется в широком диапазоне (Рисунок 14).
Глубина промерзания по городам России и ближнего зарубежья:
Рисунок 14. Карта расчетной глубины промерзания глинистых и суглинистых грунтов части Российской Федерации.
70 см – Краснодар, Калининград, Львов.
90 см – Ростов-на-Дону, Астрахань, Киев, Минск, Рига.
100 см – Таллинн, Харьков, Вильнюс.
120 см – Великие Луки, Волгоград, Курск, Псков, Смоленск.
140 см – Воронеж, Тверь, Санкт-Петербург, Москва, Новгород.
150 см – Вологда, Нижний Новгород, Кострома, Пенза, Саратов.
170 см – Ижевск, Казань, Котлас, Самара, Вятка, Ульяновск, Ярославль, Иваново.
180 см – Уфа, Караганда, Актюбинск.
190 см – Екатеринбург, Челябинск, Сыктывкар, Пермь.
210 см – Тобольск, Кустанай, Барнаул.
220 см – Омск, Новосибирск.
Это следует учитывать
– при постоянном проживании грунт под домом зимой прогревается и расчетную глубину промерзания можно уменьшить на 15…20%;
– для мелких и пылеватых песков и супесей значение глубины промерзания следует увеличить в 1,2 раза.
Разумеется, реальная глубина промерзания несколько меньше, чем расчетная. Но на то она и расчетная, чтобы избежать возможных разрушений дома при самых неудачных стечениях обстоятельств, предложенных погодой.
Всемирное потепление и глубина промерзания
Застройщики, решившие учесть общее потепление климата и на этом основании смягчить требования к заглублению фундамента и к утеплению стен, не совсем правы.
Крещенские морозы, накрывшие всю территорию России в январе 2006 г., держали температуру на 15…20°С ниже среднестатистической отметки, напрягая энергетиков и владельцев частных домов.
Технология ТИСЭ возведения столбчато-ленточного фундамента и трехслойных стен без «мостков холода» дает возможность сохранить высокие эксплуатационные характеристики индивидуального жилья в подобных климатических условиях.
Уровень грунтовых вод (hw) – положение зеркала грунтовых вод относительно уровня грунта в условно отрытом котловане (скважине).
Сжимаемая толща грунта – деформируемая часть грунта, воспринимающая нагрузку от фундамента.
Очевидно, что чем меньше глубина заложения фундамента, тем меньше стоимость строительства. Желание снизить затраты на возведение фундамента ведет к стремлению поднять подошву фундамента к поверхности грунта. Вместе с тем верхние слои грунта не всегда могут удовлетворять требованиям, предъявляемым к основанию сооружения: они имеют Недостаточную и неравномерную прочность, подвержены пучинистым явлениям, чем способны вызвать разрушение фундамента и самого строения.
Проектирование фундамента связано не только с выбором его конструкции и глубины заложения, но и с определением его геометрических параметров, главным из которых является площадь подошвы фундамента. Именно этот параметр окажет решающее влияние на «поведение» строения в процессе его эксплуатации. Недостаточная площадь опоры приведет к недопустимой просадке сооружения, а неравномерность просадки под ним – к разрушению возведенного строения. Излишне большая площадь подошвы напрямую ведет к увеличению расхода материалов и затрат, расходуемых на возведение фундамента.
Определиться с требуемой площадью подошвы фундамента можно через проведение проектировочных расчетов. В строительной практике предусмотрено выполнение расчетов фундамента по двум группам предельных состояний: по несущей способности основания и по допустимым деформациям сооружений. Если первый расчет позволяет определить площадь подошвы фундамента, то второй даст возможность избежать разрушения самого дома от неравномерности в осадке фундамента.
Расчет фундамента по несущей способности основания (информация для любознательных застройщиков)
Целью расчета оснований по несущей способности является оценка прочности и устойчивости грунта-основания под подошвой фундамента от воздействия эксплуатационных нагрузок.
Восприятие нагрузки фундаментом сопровождается его осадкой, которая обусловлена уплотнением грунта и потерей его устойчивости, характеризуемой деформационными сдвигами слоев. Величина осадки (δ) зависит не только от прочностных характеристик грунта, но и от значения прилагаемого усилия (F) Рисунок 15), как у пружины, величина сжатия которой зависит от её жесткости и от приложенной силы.
График зависимости осадки фундамента от нагрузки
На графике можно выделить типичные участки, характеризующие деформационно-напряженные процессы, проходящие в основании и сопровождающиеся перемещением и уплотнением грунта (Рисунок 16):
ОА – фаза упругих деформаций (Рисунок 16, а);
АБ – фаза уплотнения и местных сдвигов (Рисунок 16, б);
БВ – фаза сдвигов и начало бокового уплотнения (Рисунок 16, в);
ВГ – фаза выпора (Рисунок 16, г);
ГД – фаза преобладающего бокового уплотнения (Рисунок 16, д).
Рисунок 16. Схема развития деформаций и перемещений грунта:
А – фаза упругих деформаций; Б – фаза уплотнения и местных сдвигов; В – фаза развития сдвигов и начало бокового уплотнения; Г – фаза выпора; Д – фаза преобладающего бокового уплотнения;
1 – нагрузка; 2 – фундамент; 3 – зона упругих деформаций; 4 – зона сдвиговых деформаций; 5 – выпор грунта; 6 – ядро уплотненного грунта; 7 – зона бокового уплотнения
Наиболее востребованные фазы работы основания, которые используются в условиях строительства – ОА, АБ и начальная часть фазы БВ, где преобладающими являются упругие деформации основания. Каждому типу фундамента соответствует своя фаза деформаций:
ОА – для фундамента в виде плит, где давление на грунт невелико;
АБ – ленточный мелкозаглубленный фундамент;
АБ (конец) и БВ – столбчатый фундамент.
Остальные фазы работы основания (ГД) реализуются в основном при создании свайных фундаментов, применяемых в индустриальном строительстве (забивные сваи).
При возведении столбчато-ленточного фундамента по технологии ТИСЭ уровень напряжений в основании достаточно высок: задействуются вторая половина фазы АБ, фаза БВ и даже ВГ. Работа основания в широком диапазоне упругих деформаций обеспечивает «мягкое» восприятие нагрузки от веса возведенного строения.
Расчет оснований по несущей способности (для фаз ОА, АБ, начало БВ) выполняют через определение требуемой площади подошвы фундамента по следующей формуле:
S > γnF/γc Ro , где
S – площадь подошвы фундамента (см²);
F – расчетная нагрузка на основание (общий вес дома, в том числе фундамент, полезная нагрузка, снеговой покров…) (кг);
γn = 1,2 – коэффициент надежности;
γc – коэффициент условий работы имеет следующие величины:
1.0 – глина пластичная, сооружение жесткой конструкции (каменные стены);
1.1 – глина пластичная, сооружения нежесткой конструкции (деревянные или каркасные стены) и жесткой конструкции длинные, с соотношением длины к высоте больше 4;
1.2 – глина слабопластичная, пески пылеватые маловлажные, строения нежесткие и жесткие короткие с соотношением длины к высоте меньше 1,5;
1.2 — крупный песок, строения жесткие длинные;
1.3 – пески мелкие, сооружения любой жесткости;
1.4 – крупный песок, сооружения нежесткие и жесткие длинные;
Ro – условное расчетное сопротивление грунта основания для фундаментов с глубиной заложения 1,5…2 м (определяется по таблицам 4…8).
| Крупнообломочные грунты | Ro(кг/см²) |
|---|---|
| Галька или щебень с заполнителем: | |
| песчаным | 6,0 |
| пылевато-глинистым | 4,5 |
| Гравий с заполнителем: | |
| песчаным | 5,0 |
| пылевато-глинистым | 4,0 |
| Пески | Ro (кг/см²) | |||
|---|---|---|---|---|
| плотные пески | средней плотности | |||
| Крупные | 4,5 | 3,5 | ||
| Средней крупности | 3,5 | 2,5 | ||
| Мелкие | ||||
| маловлажные | 3 | 2 | ||
| влажные | 2,5 | 1,5 | ||
| Пылеватые: | ||||
| маловлажные | 2,5 | 2 | ||
| влажные | 2,0 | 1,5 | ||
| Пылевато-глинистые грунты | Коэф.пористости ε | Ro (кг/см²) | |
|---|---|---|---|
| Сухой грунт | Влажный грунт | ||
| Супеси | 0,3 | 4 | 3,5 |
| 0,5 | 3 | 2,5 | |
| 0,7 | 2,5 | 2 | |
| Суглинки | 0,3 | 4 | 3,5 |
| 0,5 | 3 | 2,5 | |
| 0,7 | 2,5 | 1,8 | |
| 1 | 2 | 1 | |
| Глины | 0,3 | 9 | 6 |
| 0,5 | 6 | 4 | |
| 0,6…0,8 | 5…3 | 3…2 | |
| 1,1 | 2,5 | 1 | |
Расчетное сопротивление глинистых грунтов и его влажность существенно зависят от пористости грунта ε (отношение объема пор к объему твердых частиц). Для новичка в строительстве этот показатель оценить в реальных условиях достаточно сложно, т.к. извлеченный грунт в свободном состоянии уже не обладает теми показателями, какие он имел на глубине, находясь под давлением.
Автором предложено связать пористость, а следовательно, и несущую способность грунта с глубиной его заложения в зависимости от того, по какую сторону границы промерзания находится подошва фундамента.
Любой грунт при увлажнении проседает и уплотняется. В процессе своего существования пучинистый грунт, расположенный ниже глубины промерзания, уплотняется до состояния «дальше некуда». Ничто не меняет это состояние в течение многих и многих десятков и сотен лет. В то же время грунт, находящийся выше глубины промерзания, постоянно насыщается влагой и при сезонном промораживании увеличивается в объеме. Влага, находящаяся в порах, увеличивает объем этих пор на 10%. Таким образом, грунт, находящийся выше границы промерзания, ежегодно «встряхивается», становясь пористым. Глинистый грунт, находящийся ниже глубины промерзания, обладает минимальной ( ε = 0,3) пористостью и максимальной прочностью.
Просадочные глинистые грунты в сухом состоянии имеют повышенную пористость и вместе с тем обладают высокой механической прочностью, обусловленной сильными структурными связями (табл. 7).
| Просадочные грунты | Плотность грунта в сухом состоянии (кг/л) | Ro (кг/см²) | |
|---|---|---|---|
| плотные пески | средней плотности | ||
| Супеси | 1,35 | 3,0 | 1,5 |
| 1,55 | 3,5 | 1,8 | |
| Суглинки | 1,35 | 3,5 | 1,8 |
| 1,55 | 4,0 | 2,0 | |
| Насыпные грунты | Ro (кг/см²) | |
|---|---|---|
| слабой влажности | повышенной влажности | |
| Насыпи, возведенные планомерно и с послойным уплотнением | 2,5… 1,8 | 2,0.. .1,5 |
| Отвалы грунтов и отходов производства: | ||
| – с уплотнением | 2,5…1,8 | 2,0… 1,5 |
| – без уплотнения | 1,8…1,2 | 1,5…1,0 |
| Свалка грунтов и отходов производства: | ||
| – с уплотнением | 1,5…1,2 | 1,2…1,0 |
| – без уплотнения | 1,2…1,0 | 1,0…0,8 |
После механического уплотнения просадочных грунтов природного сложения (трамбование) происходит разрушение жесткого каркаса и потеря прочности:
– прочность сухой супеси – 2,0…2,5 кг/см²;
– прочность сухого суглинка – 2,5…3,0 кг/см².
Большему значению расчетного сопротивления насыпных грунтов соответствуют крупные, средние и мелкие пески, шлаки…
Меньшему значению – пески пылеватые, супеси, суглинки, глины и золы.
Пример расчета фундамента по несущей способности грунта
Жилой каменный дом 7×8 м в два этажа имеет одну внутреннюю несущую стену. Вес дома с учетом снегового покрова и полезной нагрузки – около 180 т. Фундамент – заглубленный. Грунт – суглинок увлажненный (несущая способность 3,5 кг/см²)
Площадь подошвы фундамента определяется по формуле:
При общей длине фундамента – около 35 м ширина подошвы фундамента должна быть не менее 6,18 / 35 = 0,18 м.
Влияние сейсмичности на несущую способность грунта
Задаваясь той или иной величиной расчетного сопротивления грунта, следует учитывать, что при одновременном воздействии статической нагрузки и вибраций прочность грунта снижается. Грунт, как говорят специалисты, приобретает свойства псевдожидкого состояния.
Индивидуальные застройщики, решившие возводить сейсмостойкий фундамент своими силами, должны учитывать уменьшение несущей способности грунта при сейсмических вибрациях. Ориентировочно табличную величину расчетного сопротивления грунта необходимо уменьшить в 1,5 раза, т.е увеличить площадь подошвы фундамента тоже в 1,5 раза.
Расчетное сопротивление грунта на разной глубине
Величины расчетного сопротивления грунтов ( Ro), приведенные в таблицах 4…8, даны для глубины заложения фундамента 1,5…2 м.
Если глубина заложения фундамента меньше чем 1.5 м, то расчетное сопротивление грунта ( Rh) определяется по формуле:
Rh = 0,005 · Ro · (100 + h/3), где
h – глубина заложения фундамента в см.
Глинистый грунт на глубине 0,5 м при Ro = 4 кг/см² будет иметь расчетное сопротивление грунта Rh = 2,33 кг/см².
Если глубина заложения фундамента больше чем 2 м. то расчетное сопротивление грунта ( Rh) определяется по формуле:
Rh = Ro + k · g · (h – 200), где
h – глубина заложения фундамента в см,
g – вес столба грунта, расположенного выше глубины заложения фундамента (кг/см²);
k – коэффициент грунта (для песка – 0,25; для супеси и суглинка – 0,20; для глины – 0,15).
Глинистый грунт на глубине 3 м при Ro = 4 кг/см² будет иметь расчетное сопротивление Rh = 10,3 кг/см². Удельный вес глины – 1,4 кг/см², а вес столба глины высотой 300 см – 0,42 кг/см².
Максимальные величины расчетного сопротивления грунтов
Для того чтобы глубже понять работу оснований, полезно было бы узнать максимальные величины расчетного сопротивления грунтов, которые встречаются в реальной жизни. Такие экстремальные параметры грунта могут возникнуть только при максимальном его уплотнении, например, под нижним концом забивных свай.
Значения расчетного сопротивления сильно уплотненных грунтов Ro (пески гравелистые, крупные, средние, мелкие и пылеватые, пылевато-глинистые грунты) зависят от глубины погружения нижнего конца свай [3]:
– на глубине 3 м увеличение – в 10 раз;
– на глубине 20 м увеличение – в 15 раз;
– на глубине 35 м увеличение – в 20 раз.
Такое внушительное увеличение несущей способности грунта связано с уплотнение грунта не только непосредственно под сваей, но и вокруг неё (Рисунок 16, д).
Эти данные приведены не для того, чтобы их напрямую использовать при расчете фундамента, т.к. такое значительное увеличение расчетного сопротивления грунтов связано с их сильным уплотнением и значительными деформациями основания. Но вместе с тем, это дает застройщику определенную уверенность в том, что созданный им фундамент выдержит вес задуманного сооружения: грунт не подведет. Главное в этом – сделать грамотно все остальное: фундамент и стены.
На заметку застройщику
Фундамент, возводимый по технологии ТИСЭ, дает возможность просесть дому на 8…10 см. В реальной жизни просадка фундамента – не более 1 см. Если это учитывать, то величину расчетного сопротивления грунта можно несколько увеличить (предположительно в 1,5 раза) или использовать этот довод для создания определенного запаса по несущей способности основания.
Расчет фундамента по допустимым деформациям сооружения
Целью расчета фундамента по этой методике является оценка соответствия действующего и допустимого уровней деформаций сооружения от воздействия эксплуатационных нагрузок.
В гибких и жестких конструкциях неравномерность осадки вызывает деформации строений или ведет к изменению их положения (Рисунок 17), что может вызвать ухудшение условий эксплуатации здания или его оборудования. Кроме этого, при больших деформациях конструкция сооружения может испытывать закритические напряжения, ведущие к его разрушению.
Правильно спроектированный фундамент предполагает осадки и деформации строения, но величина их не должна превышать строительные нормы, гарантирующие полноценную эксплуатацию здания.
Рисунок 17. Формы деформации сооружений
А – прогиб; Б – выгиб; В – сдвиг; Г – крен; Д – перекос; Е – горизонтальное смещение
Виды деформаций сооружений.
Прогиб и выгиб (Рисунок 17, а, б) зданий возникает из-за неравномерной осадки основания. Наиболее опасная растянутая зона строений при прогибе находится у фундамента, при выгибе – у кровли.
Сдвиг (Рисунок 17, в) зданий возникает при увеличенной просадке основания с одной из сторон. Наиболее опасная зона строения – стена в средней зоне, где возникает большой сдвиг.
Крен (Рисунок 17, г) здания возникает при относительно большой его высоте (многоэтажный дом, башня, дымовая труба…), при высокой изгибной жесткости строения. Опасен дальнейший рост крена и последующее разрушение здания.
Перекос (Рисунок 17, д) возникает при неравномерных осадках, приходящихся на небольшой участок длинного сооружения.
Горизонтальное смещение (Рисунок 17, е) возникает в фундаментах, в стенах подвалов или в подпорных стенках, загруженных горизонтальными усилиями.
Допускаемая величина осадки и крена сооружений
Допускаемая величина осадки, неравномерности в осадке и крена зависят от типа здания, его силовой схемы и используемых материалов.
Величина допустимых деформаций приведена в таблице 9.
| Наименование сооружения | Относительная неравномерность осадок ( σ/L) | Крен | Средняя осадка (см) | Макс. осадка (см) |
|---|---|---|---|---|
| 1. Производственные и гражданские одноэтажные и многоэтажные с полным каркасом: | ||||
| – железобетонным | 0,002 | – | – | 8 |
| – стальным | 0,004 | – | – | 12 |
| 2. Здания и сооружения, в конструкции которых не возникают усилия от неравномерных осадок (деревянные, щитовые…) | 0,006 | – | 15 | |
| 3. Многоэтажные бескаркасные здания с несущими стенами из: | ||||
| – крупных панелей | 0,0016 | 0,005 | 10 | |
| – крупных блоков или кирпичей без армирования | 0,002 | 0,005 | 10 | |
| – то же, но с армированием или с арматурными поясами | 0,0024 | 0,005 | 15 | |
| 4. Жесткие сооружения высотой до 100 м | 0,004 | 20 |
Относительная неравномерность осадки ( σ/L) – максимальное отношение разности в осадке двух участков фундамёнта к расстоянию между этими участками. По- другому: относительный прогиб (выгиб) характеризуется отношением стрелы прогиба к длине изгибаемого участка.
Из таблицы видно, что допустимые неравномерности в осадке дома тем больше, чем менее жесткий дом. Каркасные или деревянные дома допускают относительно большую неравномерность в осадке фундамента. Каменные, более жесткие дома – нет.
Кирпичный двухэтажный дом просел в середине на 1 см (Рисунок 17, а). Расстояние по длине фундамента между точками замера – 600 см (длина дома – 12 м). Относительная неравномерность осадки – 1/600=0,0017. Допустимая неравномерность осадки для такого дома – 0,002. Поэтому осадка в 1 см для такого дома допускается.
Причины неравномерных осадок:
– неоднородность основания, сложенного из пластов различной толщины или плотности;
– переувлажнение какой-либо части основания или сложение части основания из насыпного грунта;
– неравномерное давление на основание, вызванное несоответствием площади подошвы с действующей вертикальной нагрузкой (давление на фундамент в средней части здания больше, чем под внешними стенами, т.к. на внутреннюю стену опираются перекрытия с двух сторон);
– неодновременное возведение отдельных частей здания;
– механическая суффозия – перемещение водяными потоками частиц грунта – ведет к увеличению пористости и к уменьшению прочности грунта;
– наличие в толще грунта материалов, подверженных гниению (корни деревьев, отходы древесины…);
– воздействие механизмов – удаление лишнего грунта при рытье котлованов и траншей под фундамент – наиболее распространенная ошибка строителей, т.к. уложенная выравнивающая подсыпка под фундаментом не обладает прочностью нетронутого грунта;
– уплотнение грунта в процессе эксплуатации сооружения, связанное со значительным увеличением веса (складские помещения, элеваторы…);
– изменение уровня подземных вод (грунтовых или производственных);
– подземные выработки (рытье туннелей метро, канализационных коллекторов и др.);
– разрушение подземных магистралей систем водоснабжения, отопления, канализации и отвода дождевой воды часто приводит к вымыванию большого объема грунта из-под строений.
Из городской жизни
Прорывы трубы систем водоснабжения, центрального отопления или канализации, разрушенная отмостка вокруг зданий, под которую затекают ливневые осадки, могут привести строения в аварийное состояние и даже к разрушению. Происходит это не только из-за снижения несущей способности влажного грунта. Иногда возникает ситуация, когда под землей стихийно возникают большие и малые водяные потоки, уносящие грунт в магистральные ливнеотводящие коллекторы или в водоносные слои грунта. Подобные потоки при благоприятных условиях могут образовывать ручейки, способные создать в толще грунта полости достаточно внушительных размеров , способные поглотить не один грузовик или разрушить целое здание (Рисунок 18).
Из практики ТИСЭ
Фундамент и стены трехэтажного дома 9 х 12 м возводили по технологии ТИСЭ. В процессе возведения стен первого этажа в одном месте стены возникла трещина. Внизу у ростверка её ширина была около 1 мм. Полностью она исчезала на высоте около 1 м от ростверка. Сам ростверк, имеющий высоту около 20 см, не треснул (Рисунок 19). Стали разбираться, в чём причина.
Основная ошибка строителей заключалась в том, что песчаная подсыпка, играющая роль нижней части опалубки, из-под ленты своевременно не была удалена. Но сути стены возводили на ленточном незаглубленном фундаменте, которым являлся ростверк.
Перед тем, как возникла трещина, в этом месте стены был брошен шланг, из которого постоянно текла вода, используемая при возведении стен. От переизбытка влаги несущая способность верхних слоев грунта в этом месте снизилась. Тонкая лента проармированного ростверка просела, не треснув. Бетонный массив в нижней части стены, испытывающий растяжение, лопнул, отчего и появилась эта трещина.
Правильная последовательность удаления песчаной подсыпки из-под ростверка всего дома и горизонтальное армирование стен позволили решить эту проблему. После нанесения шпаклевки эта трещина больше не проявлялась.
Рисунок 19. Появление трещины при местном переувлажнении грунта:
1 – опора; 2 – песчаная подсыпка; 3 – ростверк; 4 – стена; 5 – трещина; 6 – переувлажнённый грунт
Причиной возникновения подобных трещин в стене часто становится разрушенная система ливнеотвода. Толстый слой снега на крыше и массивные сосульки становятся причиной поломки желобов и стояков системы. Если у хозяина руки не доходят до их восстановления, то после сильных дождей земля вокруг дома неравномерно увлажняется, как в предыдущем примере, что вызывает неравномерную осадку незаглубленного или мелкозаглубленного фундамента. В стенах возникают трещины, здание приходит в аварийное состояние, выйти из которого достаточно сложно.
Это было в Санкт-Петербурге
В Шипкинском пер. 17-этажный дом на плитном фундаменте накренился на 0,5%. Причина – ненормативное расположение траншеи ливневой канализации относительно фундаментной плиты (на расстоянии менее 2 м и ниже подошвы плиты на 1 м) и некачественное её выполнение. Это привело к замачиванию грунтов основания и к их утечке в ливнеотводящую систему. Осадка одной стороны здания приблизилась к предельно допустимой величине 24 см.
Восстановление вертикальности здания свелось к сознательному ухудшению несущей способности грунта под той частью плиты, которая не просела. Процесс возвращения дома в вертикальное положение занял почти три месяца. Когда дом начал приближаться к вертикальному положению, началось закрепление грунтов основания под всей плитой инъекцией твердеющих растворов под высоким давлением. После восстановительных работ дом оказался ниже исходной проектной отметки на 30 см.
Мероприятия по устранению неравномерных осадок
Устранение неравномерности осадки фундамента сводится к определенным конструктивным проработкам и к проведению некоторых профилактических мероприятий:
– выбор площади подошвы фундамента, отвечающей величине предполагаемых нагружений;
– рациональная компоновка зданий и сооружений, обеспечивающая более равномерную передачу нагрузки от веса здания на основание;
– уменьшение чувствительности здания через увеличение его изгибной жесткости, если оно короткое, и через уменьшение изгибной жесткости здания, если оно длинное;
– горизонтальное армирование стен и устройство сейсмопоясов;
– устройство деформационных или осадочных швов между секциями сооружения;
– устройство компенсирующего фундамента (столбчато-ленточный фундамент по технологии ТИСЭ);
– придание сооружению или отдельным его частям строительного подъема, соответствующего величине прогнозируемой осадки;
– проработка систем отвода ливневых осадков, систем водоснабжения и канализации с профилактическими мероприятиями по их обслуживанию, не допускающими неравномерного увлажнения грунта и возникновения подземных потоков.
Как можно уменьшить изгибную жесткость дома
У застройщика с большой семьей, но с ограниченными финансовыми возможностями было желание построить двухэтажный дом 11 х 8 м с мансардой. Грунт был слабый и внушал определенные опасения: могли появиться трещины в стенах каменного дома. Было предложено разбить возведение дома на несколько этапов и ввести компенсационную вставку. Для этого дом разделили на три секции: две внешние – каменные, фундамент и стены которых возводились по ТИСЭ; и среднюю деревянную секцию, которая объединяла их в целый дом. У застройщика появилась возможность растянуть строительство, возвести и обживать сначала одну секцию (жилую и гараж…), а затем – и все остальные (Рисунок 20). Одновременно с этим деревянная секция дома могла скомпенсировать неравномерности в просадке грунта без каких-либо разрушений.
Рисунок 20. Этапы возведения здания с уменьшенной изгибной жесткостью:
А – возведение первой каменной секции; Б – возведение второй каменной секции; В – соединение каменных секций балками и стропилами; Г – дом построен
Источник